Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật viễn thông: Nghiên cứu giao thức định tuyến dựa trên hướng di chuyển của phương tiện cho mạng Vanet

Một trong những vấn đề quan trọng bao gồm việc thiết kế các thuật toán định tuyến có khả năng mở rộng, mạnh hơn với sự gián đoạn thường xuyên của các đường truyền gây ra bởi sự di chuyển

GIỚI THIỆU

Tổng quan

Ngày nay, một số lượng lớn các loại xe ô tô tham gia giao thông đã làm tăng lên sự quan tâm trong việc phát triển các kỹ thuật truyền thông dành cho các phương tiện xe cộ

Trong khía cạnh này, một vài dịch vụ di động mới và hiệu quả kinh tế và các ứng dụng cho các mạng giao thông đã được đặt dưới sự nghiên cứu, đặt nền tảng cho hệ thống vận tải thông minh (Intelligent Transportation Systems - ITS) ITS đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu cuốn hút trong nhiều năm Nhiều công nghệ đã được đề xuất cho ITS nhằm mục đích tăng sư an toàn trên các tuyến đường và vận tải hiệu quả và cung cấp kết nối Internet không dây ở khắp mọi nơi Thêm vào đó là các ý nghĩa truyền thông khác, chẳng hạn các tài xế có thể nhanh chóng cập nhập thông tin giao thông nổi bậc về các tuyến đường với chi phí thấp Với những lý do này, truyền thông vô tuyến dành cho phương tiện giao thông đã trở thành một công nghệ rất quan trọng

Các mạng thông tin vô tuyến được chia thành hai dạng là các mạng có cơ sở hạ tầng và các mạng Ad-hoc Hầu hết các mạng thông tin vô tuyến ngày nay là mạng có cơ sở hạ tầng, bao gồm các mạng thông tin di động và mạng LAN không dây Trong một mạng thông tin vô tuyến có cơ sở hạ tầng, các trạm gốc sẽ quản lý các thiết bị đầu cuối di chuyển trong phạm vi vùng phủ của chúng Mặt khác, các mạng di động MANETs (Mobile Ad-hoc Networks) được sử dụng và quản lý mà không có một cơ sở hạ tầng được thiết lập trước Thực tế, trong mạng MANET, các thiết bị đầu cuối liên lạc trực tiếp với các thiết bị khác mà không thông qua một thiết bị quản lý trung tâm

Các mạng MANET hiện tại đang nhận được sự quan tâm đặc biệt trong cả lĩnh vực công nghiệp và giáo dục Chúng là thành phần quan trọng của các mạng thế hệ kế tiếp

Trong khi mạng MANET ban đầu được thiết kế cho mục đích quân sự, thì hiện nay các lợi ích trong các kỹ thuật vô tuyến, như mạng khu vực cá nhân PAN (Personal Area Network) (ví dụ Bluetooth 802.15.1, ZigBee) và mạng LAN không dây (802.11), đã mang đến một sự thây thế trong việc sử dụng MANET Chúng cho phép hỗ trợ một phạm vi rộng của các ứng dụng thương mại mới trên MANET Bên cạnh các kỹ thuật đã kể trên, truyền thông khoảng cách ngắn DSRC (Dedicated Short Range Communications) đã làm cho việc thông tin liên phương tiện IVC (Inter-Vehicular Communications) và thông tin giữa phương tiện và thiết bị trên các tuyến đường RVC (Road - Vehicle Communications) trở nên khả thi trong các mạng MANET Điều này đã khai sinh một dạng mới của mạng MANET được biết đến như là mạng VANET (Vehicular Ad-hoc Networks)

Mạng VANET là một trường hợp đặc biệt của MANET, cung cấp sự truyền thông giữa các phương tiện gần kề và giữa các phương tiên với các thiết bị cố định gần nó, thông thường được gọi là thiết bị trên đường Chúng giống với mạng MANET với sơ đồ mạng (topology) biến đổi nhanh vì sự di chuyển ở tốc độ cao của các phương tiện Tuy nhiên, không giống như MANET, tính di động của các phương tiện trong VANET bị ràng buộc chung bởi các tuyến đường được định trước Vận tốc của phương tiện cũng được ràng buộc theo các giới hạn tốc độ, mức độ tắc nghẽn trên tuyến đường, và các cơ chế điều khiển lưu lượng (như đèn giao thông) Thêm vào đó, các phương tiện giao thông có thể được trang bị thiết bị phát sóng khoảng cách xa hơn, nguồn năng lượng có khả năng phục hồi, và khả năng lưu trữ cao hơn Do đó, công suất xử lý và khả năng lưu trữ không phải là vấn đề trong mạng VANET như trong mạng MANET

Cùng với sự phát triển hiện tại trong lĩnh vực VANET, một số lượng các ứng dụng cho việc bố trí phương tiện đã được đưa ra Được cho phép bởi các hệ thống tầm ngắn và tầm trung, bao gồm các sự truyền thông V2V (Vehicle-to-Vehicle) và V2I (Vehicle-to- Roadside Infrastructure), các ứng dụng VANET bao gồm các hệ thống an toàn hoạt động trên xe để hỗ trợ các tài xế trong việc tránh va chạm và điều phối họ tại các điểm nóng như tại các giao lộ hay các lối vào đường cao tốc Các hệ thống an toàn có thể phổ biến thông tin tuyến đường một cách thông minh, như các sự cố, tắc nghẽn lưu lượng thời gian thực, việc thu phí đường cao tốc, hay điều kiện mặt đường đến các phương tiện trong lân cận vị trí được đề cập Điều này giúp tránh việc các phương tiện bị dồn ứ và theo đó cải thiện hiệu suất sử dụng các tuyến đường Bên cạnh các ứng dụng an toàn đã được đề cập, việc truyền thông liên phương tiện IVC có thể được sử dụng để cung cấp các ứng dụng tiện ích, chẳng hạn như thông tin thời tiết, vị trí các trạm xăng hay nhà hàng, và các ứng dụng truyền thông tương tác như truy cập Internet, tải nhạc, và phân phối nội dung Để đưa mạng VANET vào sử dụng trên diện rộng thì một số lượng lớn các thách thức nghiên cứu cần được giải quyết Một trong những vấn đề cấp thiết là việc thiết kế các giải thuật định tuyến có khả năng mở rộng, các giải thuật đó phải đủ mạnh để thích ứng với sự gián đoạn thường xuyên của các đường truyền gây ra bởi sự di chuyển của các phương tiện Các giao thức định tuyến được thiết kế cho MANET không phù hợp với các đặc tính riêng biệt của VANET và việc thông tin phương tiện đến phương tiện V2V qua mạng VANET Có nhiều cải tiến đáng chú ý có thể đạt được bởi việc điều chỉnh các giao thức định tuyến đó để phản ánh cấu trúc mạng biến đổi động của VANET khi bao gồm các thông tin về sự di chuyển của phương tiện như vị trí, hướng di chuyển, tốc độ, và lập bản đồ số của các tuyến đường Chính vì vậy, ý tưởng cơ bản của luận văn này là sử dụng thông tin trên vector vận tốc của phương tiện để tránh việc phá vỡ các tuyến thông tin và theo đó thêm vào các điều chỉnh tương ứng đến giao thức định tuyến được sử dụng Cụ thể trong luận văn sẽ xem xét đến trường hợp của giao thức định tuyến DSDV (Destination-Sequenced Distance Vector) Các phương tiện được nhóm vào một số các tập hợp theo hướng di chuyển của chúng Các đường truyền thông được duy trì giữa các phương tiện thuộc về cùng nhóm Nếu một nút định tuyến trung gian thây đổi hướng di chuyển và thuộc về một nhóm khác Điều này có thể dẫn đến xảy ra sự gián đoạn kết nối trong quãng thời gian truyền Do đó, thông lượng có thể bị giảm, và một tuyến mới được thiết lập mà không đưa sự ổn định và chất lượng của các kết nối mạng vào trong sự tính toán Để tránh sự gián đoạn các kết nối và để thiết lập các tuyến tin cậy, giải thuật định tuyến tìm kiếm tuyến ổn định nhất gồm chỉ các nút thuộc về cùng một nhóm Cơ chế này được gọi là Giao Thức Định Tuyến Dựa Trên Hướng Di Chuyển Của Phương Tiện VHRP (Vehicle-Heading based Routing Protocol) [20]

Với những ứng dụng thiết thực và tính cấp thiết để triển khai các ứng dụng đó vào hệ thống giao thông hiện nay nên em đã chọn thực hiện Đề tài luận văn này Mục đích của đề tài nhằm nghiên cứu về cơ chế định tuyến dựa trên hướng di chuyển của các phương tiện giao thông để tránh việc các liên kết bị phá vỡ dẫn đến sự gián đoạn trong khi truyền thông tin, giúp làm giảm tỉ lệ mất gói tin Phạm vi của đề tài nghiên cứu áp dụng cơ chế đinh tuyến dựa trên hướng di chuyển của phương tiện vào một giao thức định tuyến hoạt động trong mạng kết nối phương tiện giao thông Phương pháp nghiên cứu của đề tài là sử dụng các công cụ mô phỏng để thực hiện và đánh giá khả năng thi hành của giao thức định tuyến áp dụng cơ chế được đề xuất.

Phác thảo sơ lược luận văn

Chương 2: Tổng quan về đề tài Luận văn Cung cấp một số nền tảng kiến thức về hệ thống giao thông thông minh và mạng VANET Đưa ra cái nhìn tổng quan về kiến trúc và các tiêu chuẩn của hệ thống giao thông thông minh tại các khu vực trên thế giới, và mô tả một số ứng dụng của mạng VANET

Chương 3: Phân tích chi tiết về các giao thức định tuyến được sử dụng trong mạng

VANET là mạng kết nối xe cơ giới, hoạt động trên cơ chế trao đổi thông tin giữa các xe với nhau, với cơ sở hạ tầng giao thông tĩnh và động, từ đó hình thành một mạng di động tạm thời Các giao thức định tuyến trong VANET đảm nhiệm vai trò dẫn đường cho thông tin, giúp thông tin được truyền tải giữa các nút trong mạng một cách hiệu quả Tuy nhiên, do đặc tính di động và giới hạn về năng lượng của các nút trong VANET, việc thiết kế các giao thức định tuyến có khả năng thích ứng với sự thay đổi liên tục của môi trường và đảm bảo tính kết nối liên tục vẫn còn là một thách thức lớn.

Chương 4: Mô tả chi tiết về cơ chế định tuyến dựa trên hướng di chuyển của phương tiện Trong cơ chế này, các phương tiện được nhóm thành các tập hợp dựa theo hướng di chuyển của chúng Các đường truyền thông được duy trì giữa các phương tiện thuộc về cùng một nhóm Trong nội dung của chương này đã đưa ra một sự sửa đổi đối với giao thức DSDV với việc bổ sung cơ chế định tuyến được đề xuất để đưa ra một giao thức định tuyến mới được gọi là MDRP (Moving Direction based Routing Protocol)

Chương 5: Đưa ra các mô hình và công cụ mô phỏng để thực hiện việc đánh giá giao thức định tuyến MDRP được đề xuất Đưa ra các kết quả mô phỏng và sự đánh giá khả năng thi hành của giao thức định tuyến MDRP khi so sánh với giao thức DSDV, qua đó, đưa ra các kết luận về những sự cải tiến của cơ chế định tuyến được đề xuất khi áp dụng vào trong những giao thức định tuyến của VANET

Chương 6: Tổng kết các công việc đã thực hiện trong Luận văn, những vấn đề đã giải quyết, và những vấn đề vẫn còn tồn tại cũng như hướng phát triển để giải quyết chúng.

TỔNG QUAN HỆ THỐNG VẬN TẢI THÔNG MINH

Hệ thống vận tải thông minh

Hệ thống giao thông vận tải thông minh (ITS) là công nghệ thiết yếu trong việc thực thi nhiều ứng dụng liên quan đến phương tiện giao thông, tài xế, hành khách và người đi bộ Các hệ thống này nhằm sắp xếp hoạt động phương tiện, quản lý giao thông, hỗ trợ tài xế về an toàn và thông tin, đồng thời cung cấp dịch vụ tiện ích cho hành khách Hiện nay, ITS đã vượt ra khỏi phòng thí nghiệm và được áp dụng rộng rãi Ví dụ điển hình như hệ thống thu phí tự động, hệ thống hỗ trợ tài xế và hệ thống cung cấp thông tin Để triển khai ITS, các tổ chức chính phủ và công nghiệp cùng nhau phối hợp để chuẩn hóa và thiết lập hướng dẫn, yêu cầu và các giải pháp liên lạc cho phương tiện cũng như người dùng.

Sự cuốn hút xung quanh việc kết nối mạng các phương tiện giao thông không chỉ vì các ứng dụng và các lợi ích tiềm năng của chúng, mà còn vì các thách thức và quy mô của các giải pháp Trong số những thách thức kỹ thuật cần được khắc phục, tính di động cao của các phương tiện, phạm vi rộng của các tốc độ tương đối giữa các nút, tính chất thời gian thực của các ứng dụng, và vô số các yêu cầu liên quan đến hệ thống và ứng dụng có thể được liệt kê ra Ngoài ra, sự xem xét các ứng dụng ITS đòi hỏi thông tin phải được chuyển tiếp qua nhiều bước giữa các ô tô Các mạng phương tiện giao thông đang sẵn sàng để trở thành các mạng ad-hoc được phân phối rộng rãi nhất và qui mô rộng lớn nhất

Những thách thức và cơ hội đó phục vụ như là nền tảng của sự quan tâm rộng rãi trong việc kết nối mạng phương tiện giao thông của các cơ quan chính phủ, giáo dục, và công nghiệp như Toyota, BMW, và Daimler-Chrysler Hệ thống hỗ trợ điều khiển tiên tiến ADASE2 (Advanced Driver Assistance Systems), Hợp tác theo luật phòng tránh tai nạn CAMP (Crash Avoidance Metrics Partnership), Lái xe tại châu Âu (Chauffeur in EU), CarTALK2000, FleetNet, California PATH (California Partners for Advanced Transit and Highways), DEMO 2000 bởi Viện Nghiên cứu ô tô Nhật Bản JSK (Japan Automobile Research Institute) [20] là các dự án quan trọng, một bước tiến lớn trong việc thực hiện các dịch vụ giao thông thông minh ITS.

Các chuẩn IEEE 802

Chuẩn mạng WLAN IEEE 802.11 là thành phần của hệ thống chuẩn IEEE 802 chuẩn hóa mạng cục bộ (LAN) và mạng diện rộng đô thị (WAN) Các chuẩn IEEE 802 có lớp điều khiển liên kết lôgic chung (LLC) được chuẩn hóa trong IEEE 802.2 Lớp cao hơn của LLC là lớp mạng, thường là Giao thức Internet (IP) cùng các giao thức định tuyến như AODV hoặc DSDV cho mạng Ad-hoc.

Các giao thức định tuyến IP Session

Hình 2-1: Mô hình phân lớp OSI

Bên dưới LLC, lớp MAC (Media Access Control) và lớp vật lý tương ứng (PHY) được đóng gói với nhau trong cùng một nhóm chuẩn con Có nhiều nhóm chuẩn con tồn tại cho Ethernet và mạng LAN không dây được đặc trưng trong 802.11

IEEE802.2 Logical Link Control (LLC)

Hình 2-2: 802 LLC, MAC và PHY.

Chuẩn IEEE 802.11

Chuẩn IEEE 802.11 đặc trưng cho cả lớp vật lý và lớp điều khiển môi trường truy cập Nhiều sự mở rộng đã được thêm vào IEEE 802.11 nhằm cải tiến lớp MAC hoặc lớp vật lý Những sự mở rộng lớp MAC chủ yếu nhằm cải tiến sự bảo mật hoặc chất lượng dịch vụ (QoS) Những sự mở rộng lớp vật lý chủ yếu định nghĩa lại cách thức lớp vật lý hoạt động Trong thực tế, chúng là một sự thay thế hơn là một sự mở rộng Tổng quan cấu trúc của IEEE 802.11 được cho như trong hình bên dưới:

Hình 2-3: Lớp MAC và lớp Vật lý [35]

Một danh sách đầy đủ của tất cả sự mở rộng IEEE 802.11 có thể được tìm thấy như sau:

IEEE 802.11 a 5GHz OFDM PHY – 54 Mbps

IEEE 802.11 b 2.4 GHz CCK PHY – 11 Mbps IEEE 802.11 c Cài đặt cầu nối 802.11

IEEE 802.11 d Chuyển vùng quốc tế IEEE 802.11 e Sự cải tiến QoS IEEE 802.11 f Giao thức liên AP IEEE 802.11 g 2.4 GHz OFDM PHY – 54 Mbps IEEE 802.11 h Sự mở rộng qui định 5 GHz IEEE 802.11 i Sự cải tiến bảo mật

IEEE 802.11 j Sự mở rộng băng tầng 5 GHz Nhật Bản IEEE 802.11 k Sự đo lường tài nguyên vô tuyến

Môdun Điều Khiển MAC (Sync, Beacon)

Sự phân đoạn Ghép đoạn

Chức năng điều tiết (PCF, DCF) SIFS, PIFS, DIFS,

EIFS, CSMA/CD IEEE 802.11i – Cơ chế bảo mật

IEEE 802.11 m Sự bảo trì IEEE 802.11 n PHY thông lượng cao IEEE 802.11 p Truy cập vô tuyến trong môi trường giao thông IEEE 802.11r Chuyển tiếp BSS nhanh (FT)

IEEE 802.11s Tập dịch vụ mở rộng IEEE 802.11u Những cải tiến liên quan đến HotSpot IEEE 802.11v Quản lý mạng vô tuyến

IEEE 802.11w Các khung quản lý được bảo vệ IEEE 802.11y Vận hành 3650 – 3700 MHz tại Hoa Kỳ IEEE 802.11z Sự mở rộng thiết lập kết nối trực tiếp DLS

IEEE 802.11aa Tạo luồng mạnh cho luồng vận chuyển video và âm thanh IEEE 802.11ac Cải tiến dựa trên 802.11n, thông lượng cao IEEE 802.11ad Thông lượng cao 60 GHz

IEEE 802.11ae Độ ưu tiên của các khung quản lý

Bảng 2-1: Tổng quan của các chuẩn IEEE 802.11 [36]

2.3.1 Các mô hình hoạt động

Các chuẩn IEEE 802.11, đặc trưng hai cách thức khác nhau để cấu hình một mạng: ad-hoc và cơ sở hạ tầng

Mô hình cơ sở hạ tầng thông thường các điểm truy cập mạng được cố định đối với các nút di động có thể thông tin Các điểm truy cập mạng đó thông thường được kết nối đến các đường truyền mặt đất để mở rộng dung lượng của mạng LAN bởi việc bắt cầu giữa các nút không dây đến các nút có dây khác Nếu phạm vi phục vụ của các điểm truy cập chồng lấn lên nhau, các nút di động có thể được chuyển giao giữa chúng Cấu trúc này tương tự với mạng di động ngày nay trên thế giới

Hình 2-4: Mô hình mạng vô tuyến có hạ tầng cố định [32]

Trong một mạng ad-hoc, các máy tính được kết nối với nhau thành dạng của một mạng “tức thời” Như biểu diễn trong Hình 2-5, không có một cấu trúc cố định cho mạng, không có các điểm cố định và thông thường mỗi nút có khả năng truyền thông với từng nút khác trong phạm vi thông tin của nó Chẳng hạn như các mạng MANET

Hình 2-5: Mô hình mạng WLAN ad-hoc

Người ta có thể nghĩ về một sự kết hợp hai mô hình đó thành một cấu trúc mạng lai

Như vậy nó có thể bổ trợ việc truy cập Internet với một số lượng lớn các nút di động với chỉ một vài trạm gốc Hiện tại có một vài đề xuất về chuẩn cho một mạng lai như vậy sẽ được đề cập chi tiết trong chương kế tiếp của Luận văn

Phiên bản đầu tiên của chuẩn IEEE 802.11 được phát hành vào năm 1997 và được làm rõ vào năm 1999, nhưng hiện tại đã bị dỡ bỏ Nó đặc trưng hai tốc độ mạng là 1

Mbps và 2 Mbps được phát qua tín hiệu hồng ngoại hoặc trong băng tần công nghiệp, khoa học, và y tế ISM (Industrial, Scientific and Medical) tại tần số 2.4 GHz Mã hóa được sử dụng là DPSK (Differential Phase Shift Keying) cho 1 Mbps và DQPSK (Differential Quaternary Phase Shift Keying) cho 2 Mbps Chuẩn IEEE 802.11 ban đầu nhanh chóng được nối tiếp bởi IEEE 802.11b

Chuẩn IEEE 802.11a sử dụng băng tần 5 GHz, hoạt động tại tốc độ 54 Mbps, và tốc độ thực tế vào khoảng 20 Mbps Tốc độ được giảm đến 48, 36, 34, 18, 12, 9 và 6 Mbps nếu được yêu cầu IEEE 802.11a có 12 kênh không chồng lấn, 8 kênh được dùng cho trong nhà và 4 kênh được sử dụng cho truyền thông điểm – điểm IEEE 802.11a có thể không được chấp nhận rộng rãi bởi vì việc sử dụng của chuẩn IEEE 802.11b, và việc liên quan đến việc sử dụng băng tần 5 GHz

IEEE 802.11b có phạm vi hoạt động đến vài trăm mét với các ăng ten đẳng hướng độ lợi thấp được sử dụng trong các thiết bị IEEE 802.11b IEEE 802.11b có tốc độ dữ liệu tối đa là 11Mbps Tuy nhiên, phần lớn băng thông này được sử dụng cho phí tổn điều khiển truyền thông; trong thực tế thông lượng tối đa vào khoảng 5.5 Mbps Các thiết bị sử dụng IEEE 802.11b chịu sự giao thoa từ các sản phẩm khác hoạt động trong băng tần 2.4 GHz

Các thiết bị hoạt động trong dãi 2.4 GHz bao gồm lò vi sóng, thiết bị Bluetooth, điện thoại không dây, và một số thiết bị vô tuyền cầm tay

Trong tháng 6 năm 2003, một sự mở rộng lần thứ ba với lớp vật lý đã được thông qua: IEEE 802.11g Chuẩn IEEE 802.11g hoạt động ở băng tần 2.4 GHz như IEEE 802.11b, nhưng sử dụng cơ chế truyền dựa trên OFDM tốc độ bit lớp vật lý tối đa lên đến 54 Mbps hay khoảng 22 Mbps thông lượng trung bình Phần cứng 802.11g hoàn toàn tương thích với phần cứng IEEE 802.11b

Chuẩn IEEE 802.11g đã nhanh chóng được chấp nhận bởi những người sử dụng bắt đầu từ tháng một năm 2003 trước khi phê chuẩn với mong muốn về tốc độ dữ liệu cao hơn và giảm chi phí sản xuất Mùa hè năm 2003, hầu hết các sản phẩm hai băng tần IEEE 802.11a/b trở thành hai băng tần/ba chế độ, hỗ trợ a và b/g trong một cạc chuyển tiếp di động đơn hay điểm truy cập (Access Point) Hiện nay các phần cứng hỗ trợ IEEE 802.11g đã khả dụng hầu như từ tất cả các nhà sản xuất; tuy nhiên cũng giống như IEEE 802.11b, các thiết bị IEEE 802.11g chịu sự giao thoa từ các sản phẩm khác hoạt động trong băng tần 2.4 GHz, chẳng hạn như bàn phím không dây

Chuẩn IEEE 802.11n là một sự sửa đổi cải tiến theo các chuẩn IEEE 802.11 trước đó bởi việc thêm vào các ăng ten MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) IEEE 802.11 hoạt động trên cả hai băng tần 2.4 GHz và 5 GHz, việc hỗ trợ băng tần 5 GHz là tùy chọn

IEEE 802.11n hoạt động với tốc độ dữ liệu mạng tối đa từ 54 Mbps đến 600 Mbps IEEE đã chấp thuận sự sửa đổi và nó được phát hành vào tháng 10 năm 2009 Trước khi sự phê chuẩn cuối cùng, các hãng sản xuất đã sẵn sàng chuyển sang các mạng 802.11n dựa trên sự chứng nhận của Wi-Fi Alliance của các sản phẩm tuân theo một bản nháp 2007 của sự đề xuất 802.11n

IEEE 802.11p là một sự chỉnh sửa đã được chấp thuận với chuẩn IEEE 802.11 để bổ sung việc truy cập vô tuyến trong môi trường giao thông WAVE (Wireless Access in Vehicular Environments), một hệ thống thông tin sử dụng cho các phương tiện giao thông Nó định nghĩa sự cải tiến với 802.11 (cở sở của các sản phẩm được thương mại như Wi-Fi) được yêu cầu để hỗ trợ các ứng dụng của Hệ thống vận tải thông minh ITS (Intelligent Transportation Systems) Sự cải tiến này bao gồm trao đổi dữ liệu giữa các phương tiện di chuyển tốc độ cao, và giữa các phương tiện và các thiết bị hạ tầng ven đường trong băng tần ITS 5.9 GHz được cấp phép (5.85 – 5.925 GHz) IEEE 1609 là một chuẩn lớp cao hơn dựa trên chuẩn IEEE 802.11p

Về một vài mặt, IEEE 802.11p đã được xem xét cho truyền thông khoảng cách ngắn chuyên dụng DSRC (Dedicated Short Range Communications), một dự án thuộc Bộ giao thông vận tải Hoa Kỳ dựa trên kiến trúc truyền thông, giao diện không khí, phạm vị dài và trung bình CALM (Communications, Air-interface, Long and Medium Range) của tổ chức chuẩn hóa quốc tế OSI cho các mạng thông tin dựa trên phương tiện xe cộ, đặc thù cho các ứng dụng như thu phí cầu đường, các dịch vụ an toàn giao thông, và các giao dịch thương mại thông qua các xe hơi Tầm nhìn sau cùng là mạng lưới quốc gia cho phép sự thông tin giữa các phương tiện và các điểm truy cập ven đường hoặc các phương tiện khác IEEE 802.11p được thiết kế để làm việc với các phương tiện hoạt động tại vận tốc lên đến 250km/h và trong phạm vị 1000m với tốc độ dữ liệu tối thiểu là 3Mbps

Kiến trúc và các tiêu chuẩn của hệ thống vận tải thông minh

Bài viết thảo luận về các tiêu chuẩn và kiến trúc quan trọng liên quan đến mạng lưới giao thông ở Hoa Kỳ, Nhật Bản và Châu Âu Các tiêu chuẩn được nhóm lại theo từng khu vực do có những ràng buộc và quy định chung mà các tiêu chuẩn này phải tuân theo Trong mỗi nhóm, các nỗ lực chuẩn hóa và kiến trúc được giới thiệu cùng với các ứng dụng của chúng Cấu trúc này cũng giúp xác định những bài học khác nhau từ các cách tiếp cận khác nhau trong việc giải quyết các vấn đề ITS ở các khu vực khác nhau trên thế giới.

2.4.1 Kiến trúc và các tiêu chuẩn tại Hoa Kỳ

Năm 1991, Quốc hội Hoa Kỳ thông qua Đạo luật Hiệu quả Giao thông vận tải Mặt đất và Đường bộ, yêu cầu tạo ra Hệ thống Đường cao tốc Phương tiện thông minh (IHVS) IHVS nhằm tăng cường an toàn, hiệu quả giao thông, giảm ô nhiễm và bảo tồn nhiên liệu hóa thạch Sở Giao thông vận tải Hoa Kỳ (DOT) chịu trách nhiệm về IHVS, phối hợp với Hiệp hội Vận tải thông minh Hoa Kỳ (ITSA) Khung hệ thống Vận tải thông minh Quốc gia (NITSA), được phát triển vào năm 1996, cho phép lập kế hoạch và tích hợp các dịch vụ IHVS, được gọi là Hệ thống Vận tải thông minh (ITS) NITSA hỗ trợ sử dụng liên lạc vô tuyến cho nhiều dịch vụ ITS, dẫn đến việc phân bổ phổ tần 75 MHz trong dải tần 5,9 GHz cho Thông tin liên lạc khoảng cách ngắn chuyên dụng (DSRC) vào năm 1999 ITSA tiếp tục vận động FCC cấp phép DSRC, dẫn đến việc IEEE phát triển chuẩn IEEE 802.11p dựa trên ASTM E2213-02 Nhóm làm việc IEEE 1609 sau đó đã xác định thêm các lớp bổ sung trong bộ giao thức cho ITS.

Các tiêu chuẩn đó là: IEEE 1609.1, IEEE 1609.2, IEEE 1609.3, IEEE 1609.4 Sự kết hợp của IEEE 802.11p và bộ giao thức IEEE 1609 được ký hiệu là WAVE (Wireless Access in Vehicular Environments)

Hình 2-6: Các thông số băng tần DSRC tại châu Âu, Bắc Mỹ, và Nhật Bản [1]

Một chuẩn ITS khác đang hoạt động tại Hoa Kỳ là Hội kỹ sư ô tô quốc tế SAE (Society of Automotive Engineers) SAE hoạt động trong nhiều lĩnh vực khác nhau Một trong những lĩnh vực đó là chuẩn hóa SAE, hợp tác với nhóm làm việc IEEE 1609, đang thực hiện việc chuẩn hóa định dạng bản tin có thể được sử dụng bởi các giao thức IEEE 1609

Kiến trúc ITS của Hoa Kỳ bao gồm các thành phần mạng như sau: 1) thiết bị trên xe OBE (On Board Equipment), 2) thiết bị trên đường RSE (Road-Side Equipment), nút phân phối dịch vụ SDN (Service Delivery Node), 4) trung tâm vận hành mạng doanh nghiệp ENOC (Enterprise Network Operation Center), 5) ủy quyền chứng nhận CA (Certificate Authority)

Hình 2-7: Kiến trúc ITS của Hoa Kỳ [1]

WAVE là bộ giao thức được sử dụng bởi kiến trúc này Các lớp giao thức được sử dụng trong bộ giao thức này được tóm tắt như sau:

 IEEE 1609.1: “Quản lý tài nguyên – Mô tả các dịch vụ và các giao diện, bao gồm bảo mật và các cơ chế bảo vệ sự riêng tư, kết hợp với quản lý tài nguyên DSRC hoạt động tại băng tần 5.9 GHz được chứng thực bởi Ủy ban Truyền thông Liên bang Mỹ FCC và thỏa mãn các yêu cầu thông tin vô tuyến ITS” Mô tả một ứng dụng cho phép sự tương tác của một OBE với các nguồn tài nguyên máy tính hạn chế và xử lý phức tạp thực hiện bên ngoài OBE để cung cấp sự diễn giải mà ứng dụng đang chạy trên OBE

 IEEE 1609.2: “Các dịch vụ bảo mật cho các ứng dụng và các bản tin quản lý – Định nghĩa các định dạng bản tin bảo đảm và việc xử lý các bản tin bảo đảm, trong hệ thống DSRC/WAVE”

IEEE 1609.3 defines network services that operate at the network and transport layers to support vehicle-to-vehicle (V2V) and vehicle-to-infrastructure (V2I) wireless communications using the DSRC/WAVE 5.9 GHz model These services provide the foundation for various applications, including collision avoidance, cooperative adaptive cruise control, lane change assistance, and traffic signal priority By establishing a common framework for V2V and V2I communication, IEEE 1609.3 enables the development of interoperable and efficient applications, enhancing road safety and traffic efficiency.

 IEEE 1609.4: “Chuẩn sử dụng thử cho WAVE – Các sự thi hành đa kênh”

 IEEE 802.2: “Chuẩn định nghĩa điều khiển liên kết lô gic LLC (Logical Link Control)”

 IEEE 802.11p: “Các đặc tính kỹ thuật lớp MAC và lớp vật lý mạng cục bộ không dây – Bản sửa đổi cho WAVE”

Hình 2-8: Bộ giao thức WAVE [1]

2.4.2 Kiến trúc và các tiêu chuẩn tại Nhật Bản

Trong kiến trúc ITS được sử dụng trong dự án “Smartway” tại Nhật Bản, được sử dụng như một ví dụ điển hình Một thiết bị trên xe OBU (On-Board Unit) cung cấp các chức năng giống như OBE được sử dụng trong kiến trúc ITS của Hoa Kỳ Đặc biệt, đó là tính năng xử lý và truyền thông được đặt trong xe và nó cung cấp ứng dụng thời gian thực, chức năng định vị, bảo mật, và các chức năng truyền thông và giao tiếp với các phương tiện và đối tượng khác Các đối tượng đó có thể là các máy chủ trung tâm được sử dụng bởi các nhà cung cấp dịch vụ để giao tiếp với các OBU sử dụng công nghệ di động RSU đại diện cho các thiết bị trên đường cung cấp các chức năng tương tự như RSE được sử dụng trong kiến trúc ITS của Hoa Kỳ RSU được phân bố dọc theo các cao tốc, nút giao thông và ở những nơi cần thông tin liên lạc kịp thời Chức năng chính của nó là cung cấp sự hỗ trợ truyền thông đến các OBU thông qua liên kết thông tin vô tuyến DSRC 5.8 GHz để liên lạc với các đối tượng mạng, chẳng hạn như các máy chủ và các hệ thống định vị ô tô được sử dụng bởi các nhà cung cấp dịch vụ và các nhà quản lý đường bộ, ở xa và đang sử dụng các cơ sở hạ tầng Internet

Hình 2-9: Kiến trúc ITS Smartway định vị, tìm đường, và truyền thông [1]

Hệ thống cảnh báo lái xe Smartway đã được chứng minh thành công trong thử nghiệm trên các tuyến đường công cộng năm 2004 và 2005 Các Smartway OBU đã được giới thiệu công khai trong tháng 2 năm 2006, trong khi các dịch vụ thông tin điều khiển và cảnh báo Smartway đã đi vào hoạt động trong mùa hè năm 2006

2.4.3 Kiến trúc và các tiêu chuẩn tại châu Âu

Tổ chức chuẩn hóa quốc tế (ISO) TC204 WG16 đang phát triển một dòng các chuẩn quốc tế và kiến trúc của truy cập thông tin liên lạc cho di động mặt đất CALM (Communications Access for Land Mobiles) Hệ thống CALM tương lai được mong đợi sẽ sử dụng một phạm vi rộng các công nghệ bao gồm vệ tinh, mạng di động tế bào (GSM, 3G và 4G/WiMAX), mạng nội bộ không dây WLAN, và sự phát triển truy cập vô tuyến trong môi trường phương tiện giao thông WAVE (IEEE802.11 và IEEE1609), mạng vô tuyến cá nhân Bluetooth (Wireless Personal Area Network – WPAN), và nhận dạng bằng sóng vô tuyến RFID (Radio Frequence Identification) Thêm vào đó, nhiều công nghệ cảm biến như radar, xử lý ảnh và xử lý video được tích hợp vào trong kiến trúc của CALM Hầu hết các công nghệ thông tin liên lạc trong dòng CALM được mượn từ các ứng dụng khác, ngoại trừ các chuẩn WAVE được đề xuất gần đây trên băng tần thông tin liên lạc phạm vi gần chuyên dụng DSRC

Hình 2-10: Kiến trúc ITS ISO CALM [1]

Kiến trúc ITS ISO CALM được biểu diễn trong Hình 2-10, CALM đang được đang được sử dụng và nâng cấp bởi các dự án ITS của châu Âu Khác biệt lớn nhất so với các kiến trúc ITS của Hoa Kỳ và Nhật Bản đó là kiến trúc châu Âu bao gồm bộ giao thức ISO CALM cung cấp các giao diện để định rõ cách thức mà một vài công nghệ vô tuyến hiện tại có thể được sử dụng bởi các lớp bên trên Các giao diện đó là:

 CALM 2G/2.5G/GPRS Mạng tế bào

 CALM M5, bao gồm IEEE 802.11p và WiFi (5 GHz) Các kênh lô gic được hỗ trợ là kênh điều khiển, kênh dịch vụ và kênh phụ trợ

 CALM IEEE 802.16 / WiMax băng rộng không dây di động

Hình 2-11: Kiến trúc hệ thống ITS của châu Âu [1]

Kiến trúc bộ giao thức ISO CALM được biểu diễn trong Hình 2-12 Lớp ISO CALM đầu tiên biểu diễn các lớp vật lý và lớp liên kết tương ứng của mô hình OSI Lớp ISO CALM thứ hai biểu diễn các lớp mạng và lớp vận chuyển tương ứng của mô hình OSI

Lớp ISO CALM thứ ba biểu diễn các lớp dịch vụ và lớp ứng dụng, tương ứng với các lớp phiên, lớp trình bày, và lớp ứng dụng của mô hình OSI

Hình 2-12: Kiến trúc chung bộ giao thức CALM sử dụng các lớp OSI [1]

Phần bên trái của Hình 2-12 biểu diễn các chức năng quản lý ISO CALM nằm ngoài bộ giao thức truyền thông Mục đích của các chức năng đó là để thiết lập và giải phóng các kết nối giữa các phương tiện truyền thông và các dịch vụ Lớp trên cùng không phải là một phần của bộ giao thức, nhưng được biểu diễn ở đây nhằm nhấn mạnh rằng các dịch vụ và các ứng dụng người dùng có thể sử dụng bộ giao thức ISO CALM thông qua các giao diện lập trình ứng dụng API (Application Programming Interfaces).

Các yêu cầu đối với phương tiện hoạt động trong mạng VANET

Các yêu cầu chính đối với một phương tiện hoạt động trong mạng VANET đó là: các phương tiện phải có một bộ thiết bị trên xe OBU, chứa đựng một bộ xử lý, một bộ lưu trữ, thiết bị GPS, bộ thu phát, ăng-ten, các mô-dun truyền thông Hầu hết các phương tiện hiện đại được chế tạo với tất cả các thiết bị đó để hỗ trợ VANET

Hình 2-13: Các trang thiết bị cần thiết của một phương tiện Ăng ten của một mạch hoặc một trạm vô tuyến là sự liên kết giữa môi trường và phần cứng xử lý Tại hầu hết các nước, công suất phát xạ tối đa của một ăng ten được giới hạn bởi các qui định Có nhiều loại ăng ten khác nhau cho việc sử dụng tối ưu công suất được cho phép Hướng tính là khả năng của một ăng ten tập trung năng lượng vào một hướng nhất định khi phát, hoặc để nhận năng lượng tốt hơn từ một hướng nhất định khi nhận Đặc tính này thường được gọi là độ lợi và được đo bằng đơn vị dBi

Trong một môi trường tĩnh, ta có thể ăng ten hướng tính để tập trung chùm phát xạ đến hướng mong muốn Tuy nhiên, trong một hệ thống động như trong VANET nơi mà các bộ thu phát không được cố định, ăng ten nên phát xạ bằng nhau theo tất cả các hướng

Loại ăng ten như vậy được biết đến như là ăng ten đẳng hướng.

Các ứng dụng trong mạng VANET

Thông tin liên lạc trong hệ thống vận tải thông minh ITS cần thiết phải là thông tin thời gian thực để giúp không chỉ giao thông vận tải an toàn hơn và thân thiện với môi trường mà còn làm cho việc điều khiển phương tiện giao thông được thoải mái hơn bởi các hệ thống thông tin V2V và V2I

2.6.1 Hệ thống hỗ trợ lái xe an toàn

Xã hội cơ giới hóa đã đóng góp đáng kể đến việc cải thiện cuộc sống hàng ngày của con người Tuy nhiên, số lượng các vụ tai nạn giao thông vẫn duy trì ở một mức cao Mục đích của hệ thống hỗ trợ lái xe an toàn (Driving Safety Support Systems – DSSS) là nhằm ngăn chặn các vụ tai nạn giao thông bởi việc đưa ra những cảnh báo âm thanh và hình ảnh, theo đó cảnh báo trước cho các tài xế về những nguy cơ tiềm tàng để đảm bảo việc điều khiển an toàn

Hình 2-14: Hệ thống hỗ trợ lái xe an toàn DSSS [9]

Các cảm biến khác nhau được sử dụng để phát hiện ô tô, mô tô, và người đi bộ không nằm trong tầm nhìn của các tài xế Dựa trên các thông tin này từ các phương tiện thông tin liên lạc (hồng ngoại hay sóng vô tuyến), DSSS cảnh báo các tài xế thông qua các thiết bị trên xe

Hình 2-15: Các hệ thống DSSS [9]

2.6.2 Các phương tiện hợp tác nâng cao an toàn

Hình 2-16: Các hệ thống an toàn ITS [7]

Hình 2-16 minh họa cách thức các hệ thống hỗ trợ lái xe với thông tin liên lạc giữa ô tô và ô tô, và giữa ô tô và người đi bộ; làm việc trong các điều kiện khác nhau cung cấp cho tài xế thông tin về các mối nguy hiểm tiềm tàng như sự tiếp cận của các ô tô hay người đi bộ Theo đó ngăn ngừa các tai nạn gây ra bởi tầm nhìn hạn chế của các tài xế

2.6.3 Dịch vụ thông tin ITS

Các dịch vụ thông tin trong hệ thống giao thông thông minh (ITS Spot) bao gồm các dịch vụ cơ bản như sau:

 Hướng dẫn tuyến động: là một dịch vụ sử dụng thông tin liên lạc V2I tốc độ cao, dung lượng lớn để cung cấp thông tin giao thông trên các tuyến đường trên diện rộng trong thời gian thực, cho phép các hệ thống dẫn đường ô tô lựa chọn tuyến tối ưu

Hỗ trợ điều khiển phương tiện an toàn cung cấp các cảnh báo khẩn cấp, sử dụng "ITS Spot" để cập nhật tình hình giao thông thường nhật Dịch vụ này cảnh báo người lái xe về chướng ngại vật phía trước và kẹt xe ở các khúc cua, giúp phòng tránh mất kiểm soát và tai nạn.

Hình 2-17: Các hệ thống ITS Spot [8].

Kết luận

Chương 2 đã cung cấp cái nhìn tổng quan về các khái niệm hệ thống giao thông thông minh, mạng VANET, các yêu cầu qui định DSRC/WAVE, ngăn xếp giao thức, và các chuẩn liên quan của IEEE802.11p và IEEE1609 WAVE là công nghệ truyền thông phạm vi gần dựa trên IEEE802.11p và IEEE1609

Việc chuẩn hóa các kết nối mạng phương tiện giao thông ITS và các hoạt động nghiên cứu tại Hoa Kỳ, châu Âu, và Nhật Bản đang được xúc tiến mạnh mẽ, nhưng chúng chưa thể được xem là hoàn thành Tuy nhiên tại Nhật Bản, cơ sở hạ tầng thu phí đường bộ điện tử đã được sử dụng và việc triển khai cơ sở hạ tầng cho truyền thông an toàn đường bộ đang được thực hiện Sự chuẩn hóa và các hoạt động nghiên cứu được hỗ trợ mạnh mẽ bởi chính phủ của các quốc gia Hoa Kỳ, châu Âu, và Nhật Bản, cũng như chính quyền liên bang Hoa Kỳ và Ủy ban châu Âu

Các hoạt động nghiên cứu và phát triển tại Hoa Kỳ chủ yếu đóng góp đến việc chuẩn hóa bộ giao thức IEEE 1609 Tại châu Âu, kết quả của các hoạt động tương tự được đóng góp đến việc chuẩn hóa ISO CALM Một yếu tố chung gắn kết các hoạt động chuẩn hóa tại các nơi trên thế giới đó là công nghệ IEEE 802.11p, được nhắm đến là công nghệ liên kết dữ liệu V2V chung được sử dụng cho các ứng dụng an toàn giao thông.

CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG VANET

Các giao thức phản ứng

Trong các giao thức định tuyến phản ứng RRPs (Reactive Routing Protocols), việc xác định tuyến được thực hiện theo yêu cầu hoặc theo sự cần thiết cơ bản Do đó, nếu một nút muốn khởi đầu việc thông tin với một nút khác mà nó không có đường truyền để đi đến, một tiến trình tìm kiếm toàn cục được sử dụng Hoạt động tìm kiếm đường truyền này được dựa trên các giải thuật tìm kiếm làm tràn (flooding) cổ điển Thực vậy, một bản tin “Route Request” (RREQ) được tạo ra và làm tràn ngập đến các nút khác Khi bản tin RREQ đến được nút đích hoặc một nút trung gian có lưu trữ tuyến truyền dẫn có hiệu lực để đi đến nút đích, một bản tin “Route Reply” (RREP) được gửi trở lại đến nút khởi tạo RREQ Một tuyến truyền dẫn sau đó được thiết lập giữa nguồn và đích Các giao thức phản ứng sau đó sẽ trở nên thụ động cho đến khi các tuyến được thiết lập trở nên không còn hiệu lực hoặc bị phá vỡ Sự phá vỡ liên kết được thông báo đến nguồn thông qua một bản tin “Route Error” (RERR) Một vài giao thức thuộc về loại này, chẳng hạn như “Ad hoc On-Demand Distance Vector” (AODV) và “Dynamic Source Routing” (DSR)

3.1.1 Giao thức định tuyến AODV

Giao thức định tuyến AODV được thiết kế cho mạng di động Ad-hoc và được mô tả trong RFC3561 AODV là một giao thức thuộc loại các giao thức định tuyến vector khoảng cách có cả hai khả năng định tuyến unicast và multicast AODV là một thuật toán theo yêu cầu, nó chỉ thiết lập các tuyến giữa các nút khi được yêu cầu bởi các nút nguồn, và duy trì các tuyến này khi các nút nguồn vẫn cần đến chúng Thêm vào đó, AODV còn định dạng các cây kết nối các nút trong nhóm multicast AODV sử dụng các số tuần tự để đảm bảo các tuyến mới nhất được cập nhập

AODV sử dụng IP theo một cách đặc biệt; nó xử lý một địa chỉ IP như một định danh duy nhất Điều này có thể được thực hiện bởi việc thiết lập Subnet mask thành 255.255.255.255 AODV xây dựng một tuyến sử dụng một quy trình truy vấn “Route Request (RREQ)/Route Reply (RREP)” như minh họa trong Hình 3-1 Khi một nút nguồn muốn thiết lập một tuyến và gửi dữ liệu đến một nút đích mà nó không có tuyến khả dụng Nó quảng bá một bản tin RREQ ra mạng để tìm một tuyến Bản tin RREQ bao gồm một số định danh, địa chỉ IP đích, địa chỉ IP nguồn, và số tuần tự Các nút nhận được bản tin RREQ này sẽ cập nhập thông tin của chúng đối với nút nguồn và thiết lập con trỏ ngược đến nút nguồn trong bảng định tuyến Một nút nhận bản tin RREQ có thể gửi một bản tin RREP nếu chính nó là nút đích hoặc có một tuyến để đi đến nút đích với số tuần tự tương ứng lớn hơn hoặc bằng số tuần tự trong bản tin RREQ; ngược lại, nó sẽ quảng bá bản tin RREQ Các nút theo dõi địa chỉ IP nguồn và số định dang của RREQ Nếu một nút nhận được RREQ mà nó đã xử lý, nó sẽ loại bỏ và không chuyển tiếp RREQ đó

Khi bản tin RREP truyền trở về nguồn, các nút thiết lập con trỏ hướng đến đích Khi nút nguồn nhận RREP, nó có thể bắt đầu chuyển tiếp gói dữ liệu đến đích Nếu sau đó nút nguồn nhận được một RREP chứa đựng một số tuần tự lớn hơn hoặc có cùng số tuần tự nhưng với metric (Hop count) nhỏ hơn, nó có thể cập nhập thông tin định tuyến cho nút đích đó và bắt đầu sử dụng tuyến tốt hơn Khi các tuyến vẫn hoạt động, thì nó vẫn tiếp tục được duy trì Một tuyến được xem là hoạt động khi các gói dữ liệu định kỳ đi từ nguồn đến đích theo tuyến đó Khi nút nguồn dừng gửi các gói dữ liệu, các liên kết sẽ hết hiệu lực và cuối cùng bị xóa khỏi các bản định tuyến của các nút trung gian Nếu một liên kết bị phá vỡ trong khi tuyến đang hoạt động, nút ở phía đoạn bị phá vỡ sẽ gửi một bản tin RERR (Route Error) đến nút nguồn để thông báo cho nó biết không thể truy cập đến nút đích Sau khi nhận RERR, nếu nút nguồn vẫn muốn duy trì một tuyến đến đích, nó có thể bắt đầu lại quá trình tìm tuyến

Hình 3-1: Quy trình truy vấn RREQ/RREP [12]

Các tuyến multicast được thiết lập theo một cách thức tương tự Nếu một nút muốn tham gia một nhóm multicast, nó quảng bả bản tin RREQ với địa chỉ IP được thiết lập là địa chỉ của nhóm multicast đó, và với cờ “J” (join) được đặt để chỉ thị rằng nó muốn tham gia nhóm Một nút bất kỳ nhận RREQ đó mà là thành viên của nhóm multicast, có số tuần tự đủ mới đối với nhóm multicast, có thể gửi bản tin RREP Khi RREP truyền trở lại đến nút nguồn, các nút chuyển tiếp bản tin thực hiện thiết lập con trỏ trong bảng định tuyến multicast của chúng Khi nút nguồn nhận RREP, nó sẽ lưu giữ tuyến này với số tuần tự mới nhất, và số hop nhỏ nhất đến các nút kế tiếp của nhóm multicast Sau giai đoạn tìm kiếm, nút nguồn gửi một bản tin MACT (Multicast Activation) để lựa chọn nút kế tiếp (Next hop) Bản tin này nhằm kích hoạt tuyến Nếu một nút trong nhóm multicast đã thiết lập con trỏ cho tuyến này nhưng không nhận được bản tin MACT, con trỏ sẽ hết hiệu lực và bị xóa

Các giao thức phản ứng phải chịu một lưu lượng điều khiển đáng kể và được ưu tiên sử dụng cho các môi trường thây đổi động trong đó mỗi nút có một vài tuyến thông tin hoạt động Lưu lượng điều khiển phát sinh có thể được giải quyết một phần bởi việc lựa chọn hướng chuyển tiếp của các bản tin điều khiển dựa trên vị trí địa lý của nút đích

Lưu lượng truy cập phát sinh trong quá trình điều khiển phát có thể giảm bớt, nhưng độ trễ tăng thêm do quá trình tìm kiếm tuyến thông tin sẽ là thách thức lớn đối với các giao thức phản ứng Do đó, các giao thức phản ứng không phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu nghiêm ngặt về thời gian, ví dụ như ứng dụng hợp tác tránh va chạm CCA (Cooperative Collision Avoidance).

Các giao thức chủ động

Các giao thức định tuyến chủ động PRPs (Proactive Routing Protocols), đối lập với các giao thức phản ứng, duy trì và cập nhập thông tin định tuyến giữa tất cả các nút của một mạng được đưa ra tại mọi thời điểm Việc cập nhập các tuyến thông tin được thực hiện theo chu kỳ bất kể lượng tải của mạng, các ràng buộc băng thông và kích thướt của mạng Thông tin định tuyến được lưu trữ trong các bảng khác nhau và được dựa trên lưu lượng điều khiển nhận được Việc tạo ra các bản tin điều khiển và tính toán các tuyến thông tin được đưa ra bởi các bảng định tuyến Đặc tính chính của các giao thức chủ động đó là các nút duy trì sự hiểu biết sơ đồ mạng được cập nhập định kỳ Vì vậy, một tuyến thông tin đến một nút bất kỳ trong mạng luôn luôn khả dụng bất kể nó có được cần đến hay không Trong khi việc cập nhập định kỳ các bảng định tuyến dẫn đến phí tổn điều khiển báo hiệu đáng kể, sự phục hồi ngay lập tức của các tuyến thông tin khắc phục vấn đề trễ thiết lập tuyến ban đầu trong trường hợp của các giao thức phản ứng Một vài giao thức tiêu biểu trong loại giao thức chủ động bao gồm Optimized Link State Routing (OLSR), Hazy Sighted Link State Routing (HSLSR), Topology Broadcast based on Reverse Path Forwarding (TBRPF), và Destination-Sequenced Distance Vector (DSDV)

DSDV là một cơ chế định tuyến chủ động (Proactive) cho các mạng di động ad-hoc dựa trên giải thuật Bellman-Ford, là một giải thuật tính toán các đường đi ngắn nhất từ một đỉnh nguồn đơn đến tất cả các đỉnh khác trong một biểu đồ có hướng Nó được phát triển bởi C Perkins và P.Bhagwat vào năm 1994 Đóng góp chính của giải thuật là để giải quyết vấn đề vòng lặp định tuyến Mỗi mục nhập trong bảng định tuyến chứa đựng một số tuần tự, các số tuần tự được tạo ra khi có sự xuất hiện của một liên kết (chỉ sử dụng số chẳn); ngược lại, khi một nút đích không còn có thể truy cập đến được nữa (hết thời gian hiệu lực), số tuần tự của nút này được tăng lên một đơn vị, một số lẻ được tạo ra Các số tuần tự được tạo ra bởi nút đích, và nút nguồn cần gửi ra bảng cập nhâp tiếp theo với số tuần tự này Thông tin định tuyến giữa các nút được phân phối bởi việc gửi không thường xuyên toàn bộ thông tin định tuyến khả dụng, hoặc gửi định kỳ chỉ các thông tin thây đổi

Trong thuật toán định tuyến vectơ khoảng cách (DSDV), mỗi nút trong mạng ad-hoc duy trì bảng định tuyến liệt kê các đích khả dụng, số liệu đánh giá (metric) và nút tiếp theo để đến từng đích, cùng số tuần tự do nút đích phát ra Để đảm bảo tính nhất quán của bảng định tuyến với cấu trúc động của mạng, mỗi nút sẽ cập nhật bảng bằng cách phát định kỳ hoặc khi có thay đổi đáng kể Khi cấu trúc mạng thay đổi, mỗi nút sẽ phát thông tin định tuyến ngay lập tức hoặc theo định kỳ.

“broadcast” hoặc “multicast” một gói tin cập nhập bảng định tuyến Gói tin cập nhập bắt đầu với metric bằng một cho các nút kết nối trực tiếp Điều này có nghĩa rằng mỗi nút kế cận có metric bằng một (cách một hop) tính từ nút đó Đó là khác biệt so với các thuật toán định tuyến thông thường Sau khi nhận bản tin cập nhập, các nút kế cận cập nhập bảng định tuyến của chúng với metric tăng lên một đơn vị và truyền lại gói tin cập nhập đến các nút kế cận tương ứng của chúng Quá trình sẽ được lặp lại cho đến khi tất cả các nút trong mạng ad-hoc đều nhận được một bản sao của gói tin cập nhập với một metric tương ứng Dữ liệu cập nhập trong từng nút được giữ trong một khoảng thời gian để đợi cho tuyến tốt nhất cho từng nút đích riêng biệt được cập nhập trước khi cập nhập bảng định tuyến của nó và truyền lại gói tin cập nhập Nếu một nút nhận được nhiều gói tin cập nhập cho cùng một đích trong suốt khoảng thời gian chờ, các tuyến với số tuần tự mới nhất luôn luôn được ưu tiên như cơ sở cho các quyết định chuyển tiếp gói tin Tuy nhiên, thông tin định tuyến không cần thiết được quảng bá ngay lập tức nếu chỉ các số tuần tự đã được thây đổi Nếu các gói cập nhập có cùng số tuần tự với cùng nút đích, gói tin cập nhập với metric nhỏ hơn sẽ được sử dụng và tuyến hiện tại sẽ bị loại bỏ hoặc được lưu trữ như một tuyến có độ ưu tiên thấp Trong trường hợp này, gói tin cập nhập sẽ được truyền với số tuần tự đó đến tất cả các nút di động trong mạng ad-hoc Việc quảng bá các tuyến có thể được trì hoãn cho đến khi tuyến tốt nhất được tìm thấy Việc trì hoãn quảng bá các tuyến có khả năng không ổn định có thể làm giảm sự biến động của bảng định tuyến và giảm số lần quảng bá lại mục nhập các tuyến với cùng số tuần tự

Các thành phần trong bảng định tuyến của từng nút di động thây đổi động để giữ sự thống nhất với cấu trúc thây đổi động của một mạng ad-hoc Để đạt được sự thống nhất này, việc quảng bá thông tin định tuyến phải liên tục hoặc đủ nhanh để đảm bảo từng nút di động gần như luôn luôn xác định được tất cả các nút di động khác trong mạng ad-hoc động Sau khi thông tin định tuyến đã được cập nhập, mỗi nút phải chuyển tiếp gói dữ liệu đến các nút khác theo yêu cầu trong mạng ad-hoc

Các Hình 3-2 đến 3-6 biểu diễn một sự minh họa của mạng ad-hoc trước và sau khi có sự chuyển động của các nút

Hình 3-2: Minh họa của một mạng di động ad-hoc

Trong Hình 3-2 một cấu trúc mạng di động ad-hoc với ba nút A, B, C với các bảng định thông tin tuyến tương ứng với các thông tin như nút đích, nút kế cận để đến đích (Next hop), metric, và các số tuần tự của các nút đích Metric của các liên kết ban đầu giữa A-B là 1 và giữa B-C là 2, do đó metric giữa A và C là 3 Nếu nút A muốn gửi dữ liệu đến nút C, nó kiểm tra bảng định tuyến của mình và xác định nút kế tiếp để định tuyến gói tin là nút B, và metric để đến nút C là 3

Hình 3-3: Quảng bá thông tin định tuyến

Khi có sự thây đổi metric giữa các liên kết như trong Hình 3-3, metric mới của liên kết giữa B và C là 1 Nút B tăng số tuần tự từ 100 lên thành 102 và quảng bá thông tin định tuyến đến các nút kế cận A, C cùng với các số tuần tự đích

Hình 3-4 là một minh họa khi có một nút mới tham gia vào mạng trong phạm vi kết nối của nút C Nút D quảng bá cho lần đầu tham gia vao mạng với số tuần tự được gửi đi là D-000 Nút C thêm vào mục nhập cho nút D trong bảng định tuyến với số tuần tự D- 000, và sau đó ngay lập tức quảng bá bảng định tuyến của nó

Hình 3-4: Quảng bá thông tin định tuyến

Nút C quảng bá bảng định tuyến mới của nó ra các nút kế cận Nút B nhận được thông tin này và cập nhập bảng định tuyến của nó

Hình 3-5: Cập nhập thông tin định tuyến

Nút C phát hiện liên kết đến nút D đã bị phá vỡ, nó tăng số tuần tự trong mục nhập của nút D lên một đơn vị thành D-001, đây là một số lẻ để chỉ thị rằng đây là một số tuần tự không phải do nút đích thiết lập, và thiết lập metric bằng ∞ để chỉ thị nút đích không thể đến được

Hình 3-6: Cập nhập liên kết bị phá vỡ

Nút B thực hiện quảng bá thông tin định tuyến của nó; tuy nhiên, thông tin này không ảnh hưởng đến nút C Nút C biết rằng nút B có thông tin cũ vì nút C có số tuần tự lớn hơn cho đích D; do đó, sẽ không xảy ra vòng lặp và đếm đến vô cùng

Hình 3-7: Cập nhập liên kết bị phá vỡ

Khi phát hiện nút D bị lỗi liên kết, nút C tăng tuần tự số thứ tự của nút đích D thêm một đơn vị và thiết lập chỉ số khoảng cách bằng vô cực (∞) Sau đó, nút C lập tức truyền tải thông tin này tới nút B.

Thông tin cập nhật có số tuần tự lớn hơn sẽ được nút B thay thế trong bảng định tuyến Sau đó, nút B sẽ gửi thông tin mới đến nút A Nút A sẽ cập nhật bảng định tuyến của mình với thông tin có số tuần tự lớn hơn nhận được từ nút B.

Mục đích chính của DSDV là giải quyết vấn đề vòng lặp của giao thức định tuyến vector khoảng cách thông thường và để làm cho định tuyến vector khoảng cách phù hợp hơn cho định tuyến trong các mạng ad-hoc Tuy nhiên, DSDV phát sinh sự biến động các tuyến vì các tiêu chí cập nhập tuyến của nó Đồng thời, DSDV không thể giải quyết vấn đề chung của tất cả các giao thức vector khoảng cách, vấn đề các liên kết một chiều Sự biến động là một vấn đề chung phát sinh trong DSDV bởi các tiêu chí cập nhập tuyến sau:

 Các tuyến luôn được ưu tiến nếu các số tuần tự là mới nhất, các tuyến với số tuần tự cũ hơn sẽ bị loại bỏ

 Một tuyến có cùng số tuần tự với một tuyến hiện tại được lựa chọn nếu nó có metric tốt hơn, và tuyến hiện tại sẽ bị loại bỏ hoặc được lưu trữ với độ ưu tiên thấp hơn

Hình 3-8 minh họa vấn đề của giao thức DSDV Hai tập hợp riêng biệt của các nút di động kết nối đến một đích chung D nhưng không có chung các nút di động nào khác Giả sử, nút P có một tuyến đến nút D qua 11 nút và nút Q có một tuyến đến nút D qua 10 nút, những thông tin cập nhập từ nút P đến nút A sớm hơn thông tin cập nhập đến từ nút Q

Mục nhập ban đầu cho nút D trong nút A là [D, Q, 13, D-100] Nút D thực hiện quảng bá thông tin cập nhập của nó với số tuần tự mới là D-102

Hình 3-8: Minh họa vấn đề của giao thức DSDV [13].

Các giao thức lai (Hybrid)

Các giao thức định tuyến lai HRPs (Hybrid Routing Protocols) kết hợp cả hai cách tiếp cận chủ động và phản ứng Giao thức định tuyến vùng ZRP (Zone Routing Protocol) là một ví dụ đáng chú ý ZRP phân chia sơ đồ mạng thành các khu vực khác nhau Định tuyến bên trong các vùng (Intra-Zone Routing) được thi hành bởi một giao thức chủ động

Do đó, việc định tuyến giữa các nút trong cùng một vùng sẽ không có trễ ban đầu Mặt khác, để tăng khả năng mở rộng của hệ thống, định tuyến giữa các vùng (Inter-Zone Routing) được thực hiện bởi giao thức phản ứng

Như đã đề cập trong các mục trên, các giao thức chủ động sử dụng băng thông quá mức để duy trì thông tin định tuyến, trong khi các giao thức phản ứng kéo theo độ trễ truy vấn cho các tuyến dài Giao thức chủ động cũng kém hiệu quả khi làm tràn toàn bộ mạng để xác định tuyến Giao thức định tuyến khu vực ZRP nằm giải quyết vấn đề bằng việc kết hợp các thuộc tính tốt nhất của cả hai cách tiếp cận

Trong một mạng ad-hoc, ta có thể giả định rằng phần lớn nhất của lưu lượng được hướng đến các nút lân cận Do đó, ZRP giảm phạm vi chủ động với một khu vực tập trung vào từng nút Trong một phạm vi được giới hạn, việc duy trì thông tin định tuyến sẽ dễ dàng hơn Hơn nửa, số lượng các thông tin định tuyến không được sử dụng đến cũng được giảm thiểu Tuy nhiên, các nút ở xa vẫn có thể truy cập được với việc định tuyến phản ứng Vì tất cả các nút chủ động lưu trữ thông tin định tuyến cục bộ, các truy vấn tuyến có thể được thi hành hiệu quả hơn mà không phải truy vấn tất cả các nút mạng

Giao thức ZRP sử dụng khái niệm vùng Mỗi nút sở hữu một vùng riêng, vùng của những nút lân cận sẽ chồng lên nhau Vùng định tuyến có bán kính  được tính theo số lần nhảy (hop) Do đó, vùng bao gồm các nút có số lần nhảy đến nút trung tâm nhiều nhất là  Hình 3-9 minh họa một vùng định tuyến, trong đó vùng của nút S bao gồm các nút từ A đến I, nhưng không bao gồm K Bán kính của vùng được đánh dấu bằng vòng tròn xung quanh nút trung tâm Tuy nhiên, vùng được xác định theo số lần nhảy chứ không phải khoảng cách vật lý.

Các nút của một vùng được phân chia thành các nút biên và các nút bên trong Các nút biên là các nút có khoảng cách nhỏ nhất đến nút trung tâm bằng với bán kính  của vùng

Các nút với khoảng cách nhỏ nhất đến nút trung tâm nhỏ hơn  là các nút phía trong

Trong bài toán định tuyến, các nút được phân loại thành nút trong (A-F), nút biên (G-J) và nút ngoài vùng (K) Nút H mặc dù có thể đến được qua hai đường dẫn có độ dài lần lượt là 2 và 3 hop, nhưng vẫn nằm trong vùng định tuyến vì đường dẫn ngắn nhất đến nút không vượt quá bán kính của vùng.

Hình 3-9: Minh họa vùng định tuyến với ρ = 2 [15]

Số lượng các nút trong vùng định tuyến có thể được điều tiết bởi việc điều chỉnh công suất phát của các nút Công suất thấp hơn sẽ giảm số lượng các nút trong vòng kết nối trực tiếp và ngược lại Số lượng các nút lân cận phải đủ để cung cấp đầy đủ các tuyến và khả năng dự phòng Mặt khác, nếu vùng bao phủ quá lớn dẫn đến quá nhiều thành viên trong một vùng và lưu lượng cập nhập trở nên quá mức Hơn nữa, vùng phủ lớn làm tăng thêm khả năng tranh chấp cục bộ

ZRP đề cập đến thành phần định tuyến chủ động cục bộ như giao thức định tuyến nội vùng IARP (IntrA-zone Routing Protocol) Thành phần định tuyến phản ứng toàn cục được gọi là IERP (IntEr-zone Routing Protocol) IERP và IARP không phải là các giao thức định tuyến cụ thể Thay vào đó, IARP là một dòng của các giao thức định tuyến trạng thái liên kết chủ động IARP duy trì thông tin định tuyến cho các nút bên trong vùng định tuyến của một nút Tương ứng, IERP là một dòng của các giao thức phản ứng đưa ra sự khám phá tuyến nâng cao và các dịch vụ duy trì tuyến dựa trên kết nối cục bộ được giám sát bới IARP

Việc khám phá tuyến toàn cục có thể giảm lưu lượng bằng cách sử dụng cấu trúc cục bộ của từng nút ZRP không truyền quảng bá gói tin mà sử dụng khái niệm "bordercasting" Bordercasting dựa vào thông tin cấu trúc từ IARP để truy vấn trực tiếp với các nút biên của vùng Dịch vụ cung cấp gói tin bordercast thông qua giao thức phân giải bordercast.

BRP (Bordercast Resolution Protocol) BRP sử dụng một bản đồ của một vùng định tuyến mở rộng để xây dựng các cây bordercast cho các gói tin truy vấn bởi việc sử dụng các cơ chế điều khiển truy vấn, các yêu cầu tuyến có thể được hướng ra xa khỏi phạm vị của mạng đã được bao phủ Để phát hiện các nút mới và các liên kết bị phá vỡ, ZRP dựa trên giao thức khám phá nút lân cận NDP (Neighbor Discovery Protocol) được cung cấp bởi lớp MAC NDP phát các beacon “HELLO” tại các khoảng định kỳ Khi nhận được một beacon, bảng thông tin các nút lân cận được cập nhập Nếu nó không nhận được beacon của một nút lân cận trong một khoảng thời gian nhất định, nút lân cận đó sẽ bị loại khỏi bảng thông tin Nếu lớp MAC không bao gồm NDP, chức năng này phải được cung cấp bởi IARP Mối quan hệ giữa các thành phần được minh họa như trong Hình 3-10

Hình 3-11 minh họa một mạng ad-hoc sử dụng giao thức ZRP, nút S có một gói tin cần gửi đến nút X Bán kính của vùng là  = 2 Nút S sử dụng bảng định tuyến được cung cấp bởi IARP để kiểm tra nút đích có nằm trong vùng của nó Vì nút đích không được tìm thấy, nên một truy vấn tuyến được đưa ra sử dụng IERP Sự truy vấn này là “bordercast” đến các nút nằm ở biên Các nút biên sau đó thực hiện tìm kiếm nút đích trong bảng định tuyến của chúng

Nút I không tìm thấy nút đích trong bảng định tuyến của nó Do đó, nó quảng bá yêu cầu đến các nút biên trong vùng của nó, như trong hình 3-12 Vì cơ chế truy vấn, yêu cầu không được gửi trở lại các nút D, F, và S

Hình 2.7: Vùng định tuyến của nút I

Hình 3-11: Vùng định tuyến của nút S [15]

Hình 3-12: Vùng định tuyến của nút I [15]

Cuối cùng, yêu cầu tuyến được nhận bởi nút T, là nút có thể tìm thấy nút đích trong vùng định tuyến của nó Nút T gắn thêm đường đi từ nó đến nút X vào đường đi trong yêu cầu tuyến Một phản hồi tuyến, chứa đựng đường đi ngược lại được phát ra và gửi ngược trở lại nút nguồn Nếu có nhiều đường đi đến nút đích, nút nguồn sẽ nhận được nhiều phản hồi

Trong khi cách tiếp cận hỗn hợp đưa ra một chiến lược định tuyến hiệu quả và có khả năng mở rộng, một số lượng các vấn đề vẫn chưa được giải quyết và việc thi hành chúng không đạt được nhiều sự phổ biến trong cộng đồng nghiên cứu.

Một số giao thức thi hành trong mạng VANET

Dựa trên các nguyên lý định tuyến đã đề cập, một tập hợp các giao thức liên lạc giữa các phương tiện trong mạng VANET đã được đề xuất Đối với các ứng dụng an toàn, cơ chế chuyển tiếp gói tin phát đa hướng kèm theo xác nhận rõ ràng đã được đưa ra để hỗ trợ việc tránh va chạm giữa các phương tiện di chuyển theo nhóm.

CarNet là một ứng dụng cho hệ thống mạng di động ad-hoc lớn không cần yêu cầu một cơ sở hạ tầng mạng cố định để truyền dẫn các bản tin CarNet đặt các nút vô tuyến Grid trong các ô tô, sự thông tin liên lạc sử dụng chuyển tiếp địa lý và dịch vụ địch lý để dẫn các gói tin từ ô tô đến ô tô mà không làm tràn ra mạng CarNet hỗ trợ kết nối IP và các ứng dụng như phối hợp giám sát nghẽn trên cao tốc, theo dõi đoàn xe, và tìm kiếm địa điểm trong khu vực

Nền tảng của sự mở rộng của Grid là sự chuyển địa lý Một nút nguồn sử dụng sự chuyển tiếp địa lý chú thích từng gói tin với vị trí của nút đích của nó Các gói tin di chuyển từng bước qua mạng bởi phối hợp các nút trung gian Tại mỗi nút, một sự quyết định cục bộ được thực hiện để chuyển tiếp gói tin đến nút lân cận có vị trí địa lý gần với nút đích nhất Sự chuyển tiếp địa lý yêu cầu các nút gửi xác định vị trí của các nút đích

Theo đó, mạng phải cung cấp một cơ sở dữ liệu ánh xạ số định danh (ID) của mỗi nút với vị trí địa lý hiện tại của nó Cở sở dữ liệu đó phải không phụ thuộc vào bất kỳ cơ sở hạ tầng cố định riêng biệt nào gây cản trở việc sử dụng dễ dàng và khả năng mở rộng; mà thay vào đó, nó phải được phân phối qua tất cả các nút

Dịch vụ định vị được phân phối của Grid thi hành yêu cầu đó, sử dụng cách tiếp cận chung như sau Tất cả các nút trong hệ thống tán thành trên một giải thuật được phân phối f(n) để ánh xạ định danh của từng nút với một danh sách các vị trí vật lý, biểu diễn như các kinh độ và vĩ độ Các vị trí được đưa ra bởi f(n) có vai trò như các máy chủ định vị của nút n Khi nút n di chuyển, nó sử dụng chuyển tiếp địa lý để gửi các cập nhập vị trí đến các vị trí được đặc trưng bởi f(n) (các máy chủ định vị); các nút gần với các vị trí đó sẽ ghi nhớ vị trí của nút n Khi nút x muốn tìm nút n nó gửi các yêu cầu đến các vị trí của f(n); các nút gần với các vị trí đó sẽ biết vị trí của nút n và trả lời như minh họa trong Hình 3-13

Hệ thống CarNet được xây dựng dựa trên việc sử dụng Grid để tương tác với các ứng dụng, phần cứng lớp liên kết Mỗi phương tiện ô tô trong CarNet có một nút bao gồm một máy vi tính Linux được nhúng vào, một bộ vô tuyến IEEE802.11, bộ thu GPS, và bộ hiển thị cho tài xế hoặc hành khách Các nút sẽ có khả năng chạy các ứng dụng Internet, như các trình duyệt web, sử dụng CarNet để giao tiếp với mạng Internet hữu tuyến

Kết nối IP nói chung là một mục tiêu quan trọng của CarNet Trong trường hợp đơn giản, điều này bao gồm một mạng vô tuyến Grid đơn và một “Gateway” cố định cho Grid kết nối Internet Mỗi nút Grid được cấp một địa chỉ IP, một “Subnet mask”, và địa chỉ IP của “Gateway” mặc định của nó Các nút vô tuyến tham gia trong giao thức Grid sử dụng địa chỉ IP của nó như một số định danh Grid Nếu một nút Grid muốn gửi dữ liệu đến một nút Grid khác, thay vì một quá trình phân giải địa chỉ ARP để xác định địa chỉ MAC của nút đích, thì sẽ là một sự truy vấn vị trí để đạt được vị trí của nút đích

Hình 3-13: Dịch vụ định vị Grid [33]. Để gửi một gói tin đến Internet, một nút Grid xác định vị trí của Gateway và chuyển tiếp gói tin đến nó Quá trình này sử dụng “netmask” chuẩn và các cơ chế bảng định tuyến để phân biệt giữa các đích cục bộ và đích ở đầu xa Sự khác biệt duy nhất là ARP được thay thế bởi một sự truy vấn vị trí, chúng ta có thể xem vị trí của nút đích như “địa chỉ phần cứng” của nó khi vận hành IP qua Grid Các Gateway phụ có thể dễ dàng được thêm vào sự thiết lập đơn giản này Việc bổ sung của các Gateway dự phòng có thể được sử dụng để cung cấp sự kết nối tốt hơn trong một mạng Grid đô thị lớn Chúng ta mong muốn các gói tin truyền trong mạng vô tuyến với thời gian ít nhất có thể; do đó, các nút phải sử dụng Gateway gần nhất như một bộ định tuyến mặc định của chúng Để thực hiện điều này, tất cả các Gateway tham gia trong giao thức Grid sử dụng cùng địa chỉ IP Theo đó, khi một nút vô tuyến phát các gói tin, quá trình truy vấn vị trí sẽ tìm Gateway gần nhất Sự hiệu quả tương tự trên đường truyền ngược lại khó hơn để đạt được Hệ thống định tuyến Internet sẽ phân phối các gói tin đến bộ định tuyến gần với nút nguồn nhất, chứ không phải là bộ định tuyến gần nút đích nhất

Việc sử dụng định tuyến theo khu vực địa lý của CarNet đặt ra một vấn đề cho người sử dụng về sự riêng tư về vị trí và sự di chuyển của họ Sử dụng dịch vụ định vị Grid, một nút bất kỳ có thể xác định vị trí của nút khác vởi số định danh biết được

3.4.2 Định tuyến dựa trên dự đoán sự di chuyển MOPR

Khái niệm định tuyến dựa trên dự đoán sự chuyển động MOPR (Movement Prediction Based Routing) cho VANET được sử dụng để xác định đường truyền ổn định nhất từ nguồn đến đích trong khoảng thời gian thông tin liên lạc bởi việc lựa chọn các liên kết trung gian ổn định nhất Chẳng hạn như, chúng ta có một giao thức mạng có khả năng cung cấp một vài đường truyền unicast đến một nút đích, một trong những đường truyền đó có thể cho sự ổn định hơn so với những đường truyền khác Một đường truyền ổn định có thể làm tăng xác suất tránh được các sự phá vỡ liên kết trong suốt toàn bộ quá trình thông tin liên lạc MOPR dựa trên thông tin di chuyển của phương tiện giao thông, đảm bảo sự lựa chọn các nút kế tiếp tốt nhất cho sự chuyển tiếp dữ liệu Sử dụng MOPR, mỗi phương tiện ước lượng sự ổn định liên kết LS (Link Stability) cho từng phương tiện kế cận trước khi lựa chọn nút kế tiếp cho việc chuyển tiếp hoặc gửi dữ liệu Sự ổn định liên kết LS là một mối quan hệ giữa quãng thời gian thông tin liên lạc và một giá trị hằng số (được gọi là α) trong trường hợp tổng quát biểu diễn thời gian hiệu lực trên tuyến định tuyến, và nó phụ thuộc vào giao thức định tuyến được sử dụng Hình 3-14 biểu diễn cách thức quãng thời gian tồn tại liên kết được ước lượng dựa trên thông tin sự di chuyển của các nút kế cận Quãng thời gian tồn tại của liên kết (i, j) (LifeTime[i, j]) tương ứng với thời gian được ước lượng  t t 1 t 0 với t1 là thời điểm khi D1 trở nên bằng hoặc lớn hơn phạm vi thông tin liên lạc R (là thời điểm khi j đi ra khỏi phạm vi thông tin liên lạc của i)

D1 và ∆ được ước lượng sử dụng các vị trí ban đầu của i và j ( X i 0,Y i 0  và  X j 0 , Y j 0 ), và các tốc độ ban đầu tương ứng V i

Trước hết, ta phải tính toán vị trí tương lai của cả hai nút i và j tại thời điểm t1 Giả sử rằng,  X Y i 1, i 1  là vị trí của nút i trên trục X và Y tương ứng,  X j 1 , Y j 1  là vị trí của nút j trên trục X và Y tương ứng i1 i0 xi i1 i0 yi j1 j0 xj j1 j0 yj

Sau khi có vị trí của cả hai nút i và j tại thời điểm t1 trên mặt phẳng (x, y), ta dễ dàng tính được khoảng cách tường lai D1 giữa hai nút như sau

Hình 3-14: Ước lượng thời gian tồn tại liên kết [17]

Thực hiện biến đổi phương trinh (2.3) ta được phương trình như sau

2 2 xi xj yi yj i0 j0 xi xj i0 j0 yi yj

Giải phương trình D = A.Δt2 + B.Δt + C = R2 cho phép xác định ∆t hoặc LifeTime[i, j] cần tính Từ đó, độ ổn định liên kết được tính toán theo công thức nêu trên.

Khi LS được tính toán cho từng nút lân cận, MOPR lựa chọn một nút kế tiếp để chuyển tiếp và gửi dữ liệu, là nút tương ứng với LS cao nhất (tương đương với liên kết lân cận ổn định nhất) Phương pháp này giúp giảm thiểu nguy cơ các liên kết bị phá vỡ, và làm giảm mất mát dữ liệu cũng như việc truyền lại dữ liệu.

Kết luận

Hiện tại trong các giao thức định tuyến, các bản tin điều khiển trong các giao thức chủ động và phản ứng không được sử dụng để dự đoán sự phá vỡ liên kết Chúng chỉ duy nhất chỉ thị sự tồn tại hoặc không tồn tại của một tuyến đến một nút cho trước Quá trình duy trì một tuyến trong cả hai kiểu giao thức được bắt đầu chỉ sau khi một sự phá vỡ liên kết đã xảy ra

CarNet đề xuất một hệ thống định tuyến có khả năng mở rộng sử dụng chuyển tiếp địa lý và dịch vụ xác định vị trí phân tán có khả năng mở rộng để định tuyến các gói tin từ phương tiện đến phương tiện mà không tràn ngập mạng Để tránh sự gián đoạn liên kết trong khi truyền dữ liệu, một giao thức định tuyến dựa trên dự đoán sự di chuyển (Movement Prediction based Routing - MOPR) đã được đề xuất MOPR dự đoán vị trí tương lai của phương tiện và ước lượng thời gian cần cho việc truyền dữ liệu để quyết định xem một tuyến truyền dẫn có bị phá vỡ hay không trong suốt thời gian truyền dữ liệu Việc thi hành cơ chế này phụ thuộc rất lớn vào sự dự đoán chính xác và ước lượng thời gian truyền mà theo đó phụ thuộc vào một vài hệ số như tình trạng nghẽn mạng, cách xử lý của tài xế, và các giao thức truyền dẫn được sử dụng.

GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN DỰA TRÊN HƯỚNG DI CHUYỂN CỦA PHƯƠNG TIỆN

Giao thức định tuyến dựa trên hướng di chuyển của phương tiện

Các hệ thống vận tải thông minh ITS tương lai yêu cầu sự thông tin liên lạc nhanh và tin cậy giữa các phương tiện V2V, hoặc giữa các phương tiện và thiết bị ven đường RSU V2I Trong thông tin liên lạc V2V ad-hoc không yêu cầu sự hỗ trợ của cơ sở hạ tầng, các phương tiện thực hiện việc thông tin khi chúng ở trong khi chúng ở trong phạm vi phủ sóng của nhau, hoặc khi có thể thực hiện chuyển tiếp đa bước qua các phương tiện khác

Các gói tin cần được định tuyến từ nguồn đến một hoặc một vài đích Các đặc tính của một giao thức định tuyến bao gồm:

 Giảm thiểu phí tổn điều khiển

 Các đường định tuyến không bị lặp vòng

 Khả năng thông tin multicast

Bên cạnh các yêu cầu trên, môi trường giao thông đưa ra những yêu cầu thách thức mới đối với việc thiết kế giao thức định tuyến V2V, bao gồm:

 Sự thích ứng thông tin định tuyến trong cấu trúc mạng có tính di động cao

 Các giải thuật định tuyến có thời gian hội tụ ngắn

 Việc tìm kiếm các nút lân cận với độ trễ thấp

So sánh với các mạng vô tuyến ad-hoc thông thường, môi trường giao thông đường bộ trong thông tin liên lạc V2V bao gồm các phương tiện không được điều tiết, nơi mà các phương tiện kế cận thường xuyên thây đổi và không có mối liên hệ với các phương tiện khác Kết quả là cấu trúc mạng trong thông tin liên lạc trong V2V thây đổi rất nhanh

Cấu trúc động yêu cầu các kỹ thuật để thích ứng thông tin định tuyến trong cấu trúc mạng có tính di động cao

Hình 4-1 mô tả tình huống của năm phương tiện tại một giao lộ, trong đó xe B rẽ vào một con đường mới, còn bốn xe còn lại tiếp tục đi thẳng trên cùng một tuyến đường Kết nối được thiết lập giữa xe A và E thông qua hai tuyến: tuyến A-B-D-E và tuyến A-C-D-E.

Khi ô tô B rẽ trái và ô tô A tiếp tục đi thẳng, tuyến thứ nhất có thể bị gián đoạn sau một thời điểm nhất định Do đó, sự lựa chọn tuyến thứ hai là một lựa chọn hợp lý hơn và có khuynh hướng thêm vào nhiều sự tin cậy và ổn định hơn cho đường truyền thông giữa ô tô A và E Phần tiếp theo của Luận văn sẽ giải thích cách thức lựa chọn có thể được thực hiện sử dụng thông tin trên vector vận tốc của phương tiện

4.1.1 Cơ chế phân nhóm phương tiện dựa trên hướng di chuyển

Trong cơ chế được đề xuất, các phương tiện được nhóm vào trong bốn nhóm khác nhau dựa trên vector vận tốc của chúng Trong không gian Cartesian, mỗi nhóm được đặc trưng bởi một vector đơn vị, S1 = (1, 0), S 2 = (0, 1), S 3 = (-1, 0), S 4 = (0, -1), như trong Hình 4-2

Hình 4-1: Trình bày vấn đề: khả năng gián đoạn liên kết có thể xảy ra

Hình 4-2: Phân nhóm các phương tiện dựa trên vector vận tốc [20]

Các phương tiện được được giả định được trang bị hệ thống định vị toàn cầu GPS để xác định vị trí địa lý của chúng Việc định vị được thực hiện cách nhau một khoảng thời gian một giây Vị trí của phương tiện biểu diễn theo kinh độ và vĩ độ sẽ được chuyển đổi sang hệ tọa độ Cartesian Hình 4-3 mô tả cơ chế tính toán vector vận tốc dựa trên hai vị trí liên tiếp của phương tiện

Giả sử vị trí hiện tại của phương tiện là (X1, Y 1 ) và vị trí trước đó là (X0, Y 0 ), vector vận tốc được xác định như sau

Giả sử vector vận tốc của ô tô A được biểu diễn trong hệ trục tọa độ Cartesian là V A =(V x , V y ) Sử dụng vector vận tốc và các vector đơn vị, nhóm của ô tô A có thể được xác định như sau Ô tô A thuộc về nhóm N, nếu kết quả phép nhân của vector vận tốc và vector đơn vị SN (V A S N ) nhận giá trị lớn nhất

Chẳng hạn như trong Hình 4-2, (VA.S1) sẽ cho kết quả lớn nhất nên ô tô A thuộc về Nhóm 1

Hình 4-3: Xác định vector vận tốc (Vx, Vy) dựa trên hai vị trí liên tiếp Áp dụng tương tự cho các ô tô trong Hình 4-1, chúng ta sẽ có được kết quả phân nhóm như sau

4.1.2 Cơ chế định tuyến dựa trên sự phân nhóm phương tiện

Trong các mạng ad-hoc, việc định tuyến được dựa trên thông tin chứa đựng trong bản tin “Route Update” được trao đổi định kỳ giữa các nút kế cận Thông tin này bao gồm địa chỉ nút kế tiếp, metric, và số tuần tự cho từng địa chỉ đích Trong cơ chế được đề xuất, thông tin trên các nhóm cũng được bao gồm trong các bản tin điều khiển Hình 4-5 biểu diễn định dạng đơn giản của một gói tin cập nhập tuyến Khi một phương tiện nhận được một bản tin điều khiển từ một phương tiện khác Phương tiện đó sẽ so sánh ID của nhóm của phương tiện gửi bản tin đó với nhóm của chính nó Nếu hai phương tiện thuộc về hai nhóm khác nhau, liên kết giữa chúng sẽ được xem xét là không ổn định Khi đó một hệ số đánh giá sẽ được thêm vào metric định tuyến giữa hai phương tiện và các tuyến được cập nhập Theo cách thức này, hệ số đánh giá được thêm vào có thể phản ánh thông tin của các nhóm trong quá trình định tuyến Nếu hai phương tiện thuộc về cùng một nhóm, các metric định tuyến không bị thây đổi và việc định tuyến được thi hành theo số lượng của các hop đi qua như trong thuật toán định tuyến Bellman-Ford cơ bản

Hình 4-4: Minh họa sự phân nhóm các phương dựa trên hướng di chuyển

Sử dụng metric là một phương pháp hữu ích để đánh giá chất lượng đường truyền Trong bối cảnh của Hình 4-1, các metric định tuyến β AB, β BD, β AC, β CD biểu thị chất lượng đường truyền giữa các phương tiện A và B, B và D, A và C, C và D.

Trong trường hợp không có các hệ số đánh giá metric định tuyến, tất cả các metric định tuyến bằng một Trong trường hợp này, cả hai tuyến A-B-D và A-C-D đều có thể được chọn cho việc thông tin liên lạc Tuy nhiên, nếu một hệ số đánh giá α m được thêm vào các metric đánh giá β AB và β BD (β AB = β BD = 1 + α m ) vì ô tô B thuộc về nhóm khác so với ô tô A và D Khi đó, tổng chi phí của hai tuyến sẽ có sự thây đổi, chi phí của tuyến A-B-D là: β AB + β BD = 2(1 + α m ) = 2 + 2α m (3.3)

Trong khi chi phí của tuyến A-C-D không có sự thây đổi là β AC + β CD = (1 + 1) = 2

Do đó, tuyến A-C-D sẽ được chọn Theo cách này, cơ chế được đề xuất sẽ đảm bảo các tuyến ổn định cho việc thông tin liên lạc

Hình 4-6 biểu diễn lưu đồ giải thuật quá trình phân nhóm tại mỗi nút Trong đó, thực tế các nút có thể lấy thông tin hướng di chuyển từ các thiết bị định vị trên xe dưới dạng góc lệch so với một hướng chuẩn (trong Luận văn này là hướng Đông) Từ đó, ta có thể tính toán được các vector vận tốc để đưa vào quá trình tính toán nhóm của từng nút

Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ xem xét cách thức một phương tiện cập nhập các tuyến của nó khi nhận được một gói tin điều khiển Khi một phương tiện X nhận được một gói tin điều khiển P từ phương tiện Y có chứa thông tin về metric định tuyến và số tuần tự trên tuyến của nó đến một đích A Phương tiện X đầu tiên kiểm tra nếu nó có bất kỳ tuyến nào đến đích A Nếu không có bất kỳ tuyến truyền dẫn nào như vậy, thì thông tin định tuyến từ Y sẽ được thêm vào bảng định tuyến của X Nếu tuyến này đã tồn tại, phương tiện X chỉ cập nhập bảng định tuyến khi gói tin điều khiển có số tuần tự lớn hơn, hoặc có cùng số tuần tự nhưng metric định tuyến nhỏ hơn tuyến hiện tại Hình 4-7 mô tả lưu đồ giải thuật quá trình cập nhập lại metric của liên kết trong bảng thông tin định tuyến dựa trên sự phân nhóm của các phương tiện

Hình 4-6: Lưu đồ giải thuật quá trình phân nhóm tại mỗi nút

Ngoài ra, đối với các thiết bị cố định trên các tuyến đường RSU sẽ được thiết lập mặc định thuộc về Nhóm 0 Theo đó, khi các phương tiện nhận được một bản tin điều khiển với trường “Group” được thiết lập bằng 0, chúng biết rằng bản tin này được quảng bá bới một RSU Do đó, các phương tiện việc cập nhập thông tin vào bảng định tuyến mà không có sự thây đổi trong metric định tuyến Tương tự, khi một RSU nhận được một bản tin điều khiển nó thực hiện cập nhập thông tin tương ứng trong bảng định tuyến mà không có sự thây đổi metric định tuyến bất kể phương tiện quảng bá bản tin điều khiển này thuộc về nhóm nào Với cách làm này ta có thể đảm bảo rằng chi phí của liên kết giữa RSU và các phương tiện kế cận nó là như nhau, bất kể các phương tiện này có hướng di chuyển khác nhau và thuộc về các nhóm khác nhau

Hình 4-7: Lưu đồ giải thuật quá trình cập nhập bản định tuyến tại mỗi nút.

Ứng dụng cơ chế định tuyến dựa trên hướng di chuyển vào giao thức định tuyến

Trong phần trước, chúng ta đã đề xuất khái niệm định tuyến dựa trên hướng di chuyển của phương tiện cho VANET, đây là cơ chế cải tiến quá trình định tuyến bởi việc phân nhóm các phương tiện dựa trên hướng di chuyển và lựa chọn tuyến ổn định nhất chỉ bao gồm các phương tiện thuộc về cùng một nhóm Trong phần tiếp theo của Luận văn, chúng ta đề cập đến cách thức mà cơ chế này có thể được áp dụng đến các giao thức định tuyến ad-hoc, và cách thức nó cải tiến sự thi hành của các giao thức này Cụ thể trong luận văn sẽ xem xét đến trường hợp của giao thức định tuyến DSDV (Destination- Sequenced Distance Vector)

Như đã đề cập ở phần trước, tất cả các phương tiện trong mạng sẽ được trang bị hệ thống định vị và có nhiệm vụ xác định vị trí của mình sau mỗi khoảng thời gian xác định là 1 giây.

Dựa trên tọa độ của hai vị trí kế tiếp nhau, mỗi phương tiện có thể tính toán được vector vận tốc và qua đó xác định nhóm mà chúng thuộc về Mỗi phương tiện trong mạng được giả định có khả năng lưu trữ và định kỳ cập nhập thông tin định tuyến cùng nhóm của tất cả các phương tiện kế cận của nó Giao thức định tuyến chủ động DSDV được lựa chọn để thi hành cơ chế định tuyến dựa trên hướng di chuyển của phương tiện Tổng quan về hoạt động của giao thức định tuyến này đã được trình bày trong phần nội dung của Chương 2

Các Hình 4-8 đến 4-13 biểu diễn lại sự minh họa của mạng ad-hoc trong Hình 4-1 trước và sau khi có sự thây đổi hướng di chuyển của các nút Giả sử, ban đầu các ô tô A, B, C, D, và E di chuyển trên cùng một tuyến đường theo cùng một chiều như trong Hình 4-8 Do đó, tất cả chúng đều thuộc về cùng một nhóm (Nhóm 1) Ô tô A kết nối đến ô tô E thông qua tuyến A-B-D-E

Hình 4-8: Sơ đồ mạng minh họa sự di chuyển của các phương tiện

Hình 4-8 minh họa sơ đồ mạng và bảng thông tin định tuyến tương ứng cho từng ô tô

Trong bảng thông tin định tuyến được cập nhập bởi giao thức định tuyến DSDV sửa đổi, vì các phương tiện thuộc về cùng một nhóm nên thông tin định tuyến không khác so với giao thức DSDV ban đầu

Tại giao lộ trên tuyến đường, ô tô B bắt đầu rẽ sang một tuyến đường khác; khi đó, sự thây đổi hướng di chuyển của ô tô B sẽ được cập nhập theo khoảng thời gian định kỳ 1s

Qua đó, với hướng di chuyển mới ô tô B sẽ thuộc về một nhóm khác (Nhóm 2), trong khi các phương tiện trong vùng phủ sóng của ô tô B tiếp tục di chuyển theo tuyến đường hiện tại nên vẫn thuộc về Nhóm 1

Hình 4-9: Thông tin trong bảng định tuyến của các phương tiện

Hình 4-10: Ô tô thực hiện rẽ hướng tại giao lộ Ô tô B thây đổi thông tin nhóm mà nó thuộc về trong bảng tin cập nhập tuyến định kỳ gửi đến các nút kế cận Gói tin cập nhập bao gồm các thông tin địa chỉ đích, tuyến truyền dẫn, số tuần tự mới và số định danh của nhóm

Các ô tô A và D nhận được gói tin cập nhập từ ô tô B, mặc dù không có sự thây đổi trong thông tin định tuyến như metric của tuyến nhưng ô tô B đã thuộc về một nhóm khác so với A và D Do đó, cơ chế định tuyến trên A và D thêm vào metric định tuyến của các liên kết giữa A-B và B-D một hệ số đánh giá α, với α được chọn có giá trị bằng 1 Ô tô A và D thực hiện cập nhập lại bảng định tuyến của chúng với metric của các liên kết A-B và B-D là: β AB = β BD = 1 + α = 1 + 1 = 2, như trong Hình 3.12 Với các metric định tuyến mới, các liên kết giữa A-B, B-D được xem là không ổn định; do đó, tuyến truyền dẫn A- C-D sẽ được chọn cho sự kết nối giữa ô tô A và E

Sau khi cập nhập thông tin trong bảng định tuyến của mình, các ô tô A và D sẽ quảng bá thông tin cập nhập này đến các phương tiện lân cận sau một khoảng thời gian chờ Các phương tiện nhập được gói tin cập nhập thực hiện thây đổi bảng định tuyến của chúng, trong đó các liên kết A-B và B-D được xem là không ổn định với giá trị metric lớn

Hình 4-11: Ô tô B thực hiện quảng bá thông tin định tuyến

Hình 4-12: Ô tô A và D thực hiện cập nhập thông tin định tuyến.

Kết luận

Ý tưởng cơ bản của Chương 4 là sử dụng thông tin trên vector vận tốc để tránh phá vỡ tuyến và theo đó thêm vào các sự sửa đổi phù hợp đến giao thức định tuyến được sử dụng Trong khi có chế này có thể được thi hành trên một giao thức định tuyến ad-hoc bất kỳ, trong nội dung của chương này đã đưa ra một sự sửa đổi đối với giao thức DSDV

Các phương tiện được nhóm dựa trên hướng di chuyển của chúng Các phương tiện cùng nhóm sẽ duy trì liên lạc với nhau.

Dọc theo các đường kết nối, nếu một nút định tuyến trung gian thây đổi hướng di chuyển và thuộc về một nhóm khác, một sự gián đoạn liên kết có khả năng có thể xảy ra trong suốt thời gian truyền dữ liệu Do đó, thông lượng có thể bị giảm, một tuyến mới được thiết lập mà không đưa sự ổn định và chất lượng mạng vào trong việc tính toán Để tránh sự gián đoạn liên kết và thiết lập các tuyến tin cậy, cơ chế định tuyến được đề xuất tự động tìm kiếm tuyến ổn định nhất chỉ bao gồm các nút có cùng nhóm với nhau

Hình 4-13: Thông định tuyến mới của các phương tiện.

MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ

Các mô hình di động cho mạng VANET

Theo một cuộc khảo sát và phân loại các mô hình di động cho các mạng ad-hoc dành cho xe cộ của viện EURECOM [21], các mô hình di động được dự định để tạo ra khuôn mẫu chuyển động xe cộ thực tế phải bao gồm các khía cạnh sau đây:

 Các bản đồ cấu trúc chính xác và thực tế: Điều quan trọng là bao gồm một vài mật độ của các nút giao thông, các tuyến đường đa làn, sự thây đổi của các kiểu đường và sử dụng các giới hạn tốc độ khác nhau

 Vật cản: Các vật cản có thể là một sự hạn chế với các chuyển động của phương tiện và chúng cũng có thể gây trở ngại sự thông tin vô tuyến

Điểm khởi hành và kết thúc là những địa điểm quan trọng trong hành trình lái xe Điểm khởi hành là nơi tài xế bắt đầu di chuyển, chẳng hạn như nhà riêng Trong khi đó, điểm kết thúc là nơi tài xế đến, như văn phòng hoặc trường học Các điểm này có thể thay đổi tùy thuộc vào thời điểm trong ngày.

 Các đặc điểm của phương tiện: Chuyển động thực của phương tiện phải được xem xét rằng một ô tô hoặc một xe tải có những sự khác biệt như gia tốc, giảm tốc, hay tốc độ, cũng như một số tuyến đường đưa ra một số hạn chế phụ thuộc vào loại phương tiện

 Chuyển động theo tuyến đường: Một tuyến đường là từng đoạn đường được lựa chọn bởi các ô tô dựa trên các giới hạn tốc độ, thời gian trong ngày, ùn tắc giao thông, hay khoảng cách

 Sự gia tốc và giảm tốc êm: Các phương tiện không dừng hay tăng tốc đột ngột

Các mô hình cho giảm tốc và tăng tốc phải được xem xét

 Mô hình lái xe của con người: Mô hình di động nên xem xét sự tương tác với môi trường giao thông như sự hiện diện của các phương tiện khác, sự vượt qua xe khác, ùn tắc, cũng như người đi bộ

 Sự quản lý nút giao thông: Là quá trình kiểm soát một giao lộ, có thể được mô hình tĩnh (báo hiệu dừng), có điều kiện (báo hiệu lưu lượng), hoặc phụ thuộc thời gian (các đèn giao thông)

 Mô hình thời gian: Xem xét sự thây đổi mật độ trong một ngày, có thể làm thây đổi hành trình

 Tác động bên ngoài: Mô hình sự tác động của các tai nạn, các công trình đường bộ tạm thời, hoặc sự nhận biết trạng thái lưu lượng của tuyến đường

Các đặc điểm thiết kế của mô hình di động càng tuân theo thực tế thì mô hình đó càng thực tế Các đặc điểm này là cơ sở của các phương pháp khả dụng khác nhau trong việc mô hình hóa sự di chuyển của phương tiện Mô hình di động được chia thành năm loại tùy theo phạm vi và các đặc điểm của chúng như trong Hình 4.1.

 Mô hình ngẫu nhiên: Sự di động của phương tiện được xem xét ngẫu nhiên và các tham số di động của chúng, như tốc độ, hướng di chuyển, và đích đến được lấy mẫu từ các quá trình ngẫu nhiên Một sự tương tác rất hạn chế được xem xét trong loại này

 Mô hình luồng: Các mô hình di chuyển làn đơn hoặc đa làn dựa trên nguyên lý luồng được xem xét từ cách nhìn vi mô và vĩ mô

 Mô hình giao thông: Các mô hình hành trình và tuyến đường được mô tả trong loại này, trong đó mỗi phương tiện có một hành trình hoặc một tuyến đường, hoặc một luồng các phương tiện được gán đến một hành trình hoặc tuyến đường Ngoài ra, sự tác động của thời gian lên các mô hình đó cũng được mô tả

 Mô hình hành vi: Chúng không dựa trên các qui định được định nghĩa trước mà thay vào đó thích nghi động với một hoàn cảnh nhất định bởi việc mô phỏng hành vi của con người, chẳng hạn như các khía cạnh xã hội, sự học hỏi động, hay sự tuân theo các khái niệm trí tuệ nhân tạo

 Mô hình dựa trên sự giám sát: Sự giám sát di động cũng có thể được sử dụng để đưa ra các khuôn mẫu chuyển động tách rời, và có thể tạo ra hoặc hiệu chỉnh các mô hình di động Một nguồn khác của thông tin di chuyển cũng đến từ việc khảo sát các hành vi của con người

Các mô hình ngẫu nhiên là các mô hình di động phổ biến vì sự đơn giản của chúng

Với môi trường giao thông, biểu đồ được dùng để mô tả một cấu trúc đường xá, trong khi sự di chuyển là ngẫu nhiên trong sự nhận biết rằng các phương tiện, riêng biệt hoặc theo nhóm, tuân theo các tuyến đường ngẫu nhiên trên biểu đồ, thông thường được chọn tốc độ ngẫu nhiên Một vài mô hình ngẫu nhiên là:

Công cụ mô phỏng

Mô phỏng mạng thông thường được sử dụng để mô hình cấu hình mạng máy tính một thời gian dài trước khi chúng được triển khai trong thế giới thực Thông qua mô phỏng, sự thi hành các thiết lập mạng khác nhau có thể được so sánh, làm cho nó có khả năng nhận biết và giải quyết các vấn đề thi hành mà không cần đưa ra những thử nghiệm thực tế với chi phí cao Mô phỏng mạng cũng được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu để đánh giá sự hoạt động của các giao thức mạng mới

Trong hầu hết các trường hợp, các giao thức mạng được phân tích sử dụng mô phỏng sự kiện rời rạc và một số lượng lớn các khung mô phỏng có sẵn trong lĩnh vực này Trong sự đánh giá cơ chế được đề xuất trong luận văn, chúng ta sử dụng khung mô phỏng INET

INET là nền tảng mô phỏng mã nguồn mở được sử dụng để thực thi các mô phỏng mạng kết nối phương tiện giao thông (IVC) Nền tảng này kết hợp hai công cụ mô phỏng hiện có: OMNet++, một công cụ mô phỏng mạng dựa trên sự kiện và SUMO, một công cụ mô phỏng giao thông đường bộ Sự mở rộng này nhằm cung cấp một bộ mô hình mô phỏng IVC toàn diện.

5.2.1 Công cụ mô phỏng mạng OMNeT++

OMNeT++ là một môi trường mô phỏng sự kiện rời rạc Phạm vi ứng dụng chính của nó là mô phỏng các mạng thông tin liên lạc, nhưng bởi vì kiến trúc chung và linh hoạt của nó, được sử dụng thành công trong các lĩnh vực khác như mô phỏng các hệ thống công nghệ thông tin phức tạp, cũng như các kiến trúc phần cứng

OMNeT++ cung cấp một kiến trúc thành phần cho các mô hình Các thành phần (modules) được lập trình bằng C++, sau đó lại được tổ hợp vào trong các thành phần và các mô hình lớn hơn sử dụng một ngôn ngữ cấp cao (NED) OMNeT++ có sự hỗ trợ giao diện người dùng mở rộng, và vì kiến trúc theo dạng mô-dun của nó, các bộ phận chủ yếu (và các mô hình) có thể được nhúng dễ dàng vào trong ứng dụng người dùng

Một mô hình OMNeT++ bao gồm các thành phần sau đây:

 Sự mô tả cấu trúc ngôn ngữ NED (các tập tin ned): mô tả cấu trúc mô-dun với các thông số, các giao diện đầu vào và đầu ra Các tập tin NED có thể được viết sử dụng một công cụ soạn thảo văn bản bất kỳ, nhưng môi trường phát triển tích hợp OMNeT++ IDE cung cấp sự hỗ trợ tốt cho cả hai cách soạn thảo đồ họa và văn bản

 Các định nghĩa gói tin (các tập tin msg): Chúng ta có thể định nghĩa các kiểu gói tin khác nhau và thêm vào các trường dữ liệu đến chúng OMNeT++ sẽ biên dịch các định nghĩa gói tin vào trong các lớp C++ chính thức

 Các nguồn môdun đơn, đó là các tập tin C++ h/.cc

Một mô phỏng có thể được biên dịch như một chương trình thực thi độc lập, theo đó nó có thể chạy trên các máy tính khác mà không cần có sự hiện diện của OMNeT++, hoặc nó có thể được tạo như một thư viện được chia sẽ Trong trường hợp này, các thư viện được chia sẽ OMNeT++ phải được hiện diện trên hệ thống đó Khi một chương trình được bắt đầu, đầu tiên nó đọc tất cả các tập tin NED chứa trong cấu trúc mô hình, sau đó nó đọc một tập tin cấu hình (thường được gọi là omnetpp.ini) Tập tin này chứa đựng thiết lập điều khiển cách thức mô phỏng được thi hành, các giá trị cho các tham số mô hình,…Tập tin cấu hình cũng có thể qui định vài kiểu chạy mô phỏng; trong trường hợp đơn giản nhất, chúng sẽ được thi hành bởi chương trình mô phỏng theo từng bước Đầu ra của mô phỏng được ghi vào trong các tập tin kết quả: các tập tin vector đầu ra, các tập tin vô hướng đầu ra, hoặc có thể là các tập tin đầu ra của người sử dụng

OMNeT++ chứa đựng một môi trường phát triển tích hợp IDE cung cấp môi trường phong phú cho việc phân tích những tập tin này Các tập tin đầu ra là các tập tin văn bản định dạng dòng có thể được xử lý với các công cụ khác nhau Thư mục OMNeT++ được cài đặt trong hệ thống chứa đựng các thư mục con như sau:

Thư mục Chú giải omnetpp/ Thư mục gốc OMNeT++ omnetpp/bin/ Các tập tin thực thi OMNeT++ omnetpp/include/ Các tập tin tiêu đề cho các mô hình mô phỏng omnetpp/lib/ Các tập tin thư viện omnetpp/images/ Các biểu tượng và hình nền cho đồ họa mạng omnetpp/doc/ Hướng dẫn sử dụng, các tập tin “readme”, sự cấp phép, các API omnetpp/migrate/ Các công cụ để hỗ trợ việc chuyển từ phiên bản 3.x sang 4.0 omnetpp/src/ Các tài nguyên OMNeT++ omnetpp/test/ Bộ kiểm tra quy hồi

Bảng 5-1: Các thư mục trong OMNeT++ [24]

5.2.2 Công cụ mô phỏng giao thông đường bộ SUMO

Như đã đề cập trong phần trước, một số mô hình mô phỏng đã được phân tích, qua đó SUMO (Simulation of Urban Mobility) đã được chọn như một công cụ mô phỏng giao thông đường bộ SUMO là một công cụ mô phỏng giao thông đa phương thức, dạng vi mô, mã nguồn mở, được phát triển chủ yếu bởi các nhân viên của Viện Hệ thống Giao thông vận tải tại Trung tâm Không gian vũ trụ Đức Nó cho phép mô phỏng cách thức một yêu cầu giao thông được đưa ra, bao gồm các phương tiện đơn di chuyển qua một mạng lưới giao thông đường bộ được đưa ra Các mô phỏng cho phép giải quyết một số lượng lớn các chủ đề quản lý giao thông Nó hoàn toàn là dạng vi mô: mỗi phương tiện được mô hình hóa một cách tường minh, có một tuyến đường của chính nó, và di chuyển độc lập qua mạng Công cụ này hỗ trợ đèn giao thông, không gian liên tục và thời gian rời rạc Có ba thành phần chính trong gói SUMO:

 SUMO: Đọc thông tin đầu vào, xử lý mô phỏng, cũng như kết quả và đưa ra những tập tin ngõ ra Nó cũng có một giao diện đồ họa tùy chọn được gọi là SUMO-GUI

 NETCONVERT: Là một công cụ để đơn giản hóa việc tạo ra các mạng lưới SUMO từ một danh sách của các làn đường Nó đọc dữ liệu ngõ vào, tính toán ngõ vào cho SUMO và ghi kết quả vào trong các định dạng đầu ra khác nhau, chẳng hạn như XML, hay CSV Nó cũng chịu trách nhiệm cho việc tạo ra các chu kỳ đèn giao thông khác nhau

 DUAROUTER: Một ứng dụng dòng lệnh (cmd), đưa ra thời gian xuất phát, điểm xuất phát và đích đến, tính toán các tuyến đi qua mạng bằng cách sử dụng giải thuật định tuyến Dijkstra

Một tập tin mạng lưới SUMO (với phần mở rộng tên tập tin là net.xml) mô tả một phần giao thông liên quan của một bản đồ, các con đường và các nút giao thông mà các phương tiện được mô phỏng chạy dọc theo hoặc băng qua Ở dạng thô sơ, một mạng SUMO là một biểu đồ có hướng Các nút, thông thường được gọi là “giao lộ” (junction) trong ngữ cảnh SUMO, biểu diễn điểm giao nhau của các con đường, và các làn đường (edge) của các con đường Các làn đường là một chiều Đặc biệt, mạng SUMO chứa đựng các thông tin như sau:

 Mỗi con đường là một tập hợp của các làn đường, bao gồm vị trí, hình dạng và giới hạn tốc độ của từng làn

 Chế độ đèn giao thông được tham khảo bởi các nút giao thông

 Các nút giao thông, bao gồm quyền qui định tuyến đường của chúng

 Kết nối của các làn đường tại các nút giao thông

Mô hình mô phỏng

Để có thể thử nghiệm giao thức “Định tuyến dựa trên hướng di chuyển của phương tiện”, trước tiên chúng ta phải có được bản đồ của mô hình mô phỏng tương thích với SUMO Trong Luận văn này, bản đồ khu vực Quận 1 của thành phố Hồ Chí Minh sẽ được sử dụng để thực hiện mô phỏng Môdun Netconvert của SUMO đưa ra một phương thức để nhập vào các mạng lưới đường giao thông số hóa từ các nguồn khác nhau, chẳng hạn như OpenStreetMap, và tạo ra các mạng lưới có khả năng sử dụng bởi các môdun của SUMO Trong Luận văn, định dạng OpenStreetMap được chọn như trong Hình 5-6 Bởi việc truy cập vào trang web OpenStreetMap chúng ta có thể tìm kiếm khu vực thành phố mong muốn và dễ dàng xuất dữ liệu đó vào trong một tập tin XML

Hình 5-5: Sơ đồ kết nối các mô-đun mô phỏng

Sau quá trình này, chúng ta sử dụng môdun Netconvert để chuyển đổi tập tin

OpenStreetMap vào trong tập tin XML, bằng lệnh như sau:

$netconvert osm tphcm.osm tphcm.net.xml

Hình 5-7 biểu diễn bản đồ khu vực địa lý được sử dụng trong mô phỏng sau khi được chuyển đổi sang định dạng XML để chạy trên SUMO Nó bao gồm các đa giác biểu diễn các khối vật cản (các tòa nhà) và sơ đồ các tuyến đường cùng với số định danh tương ứng của chúng

Hình 5-6: Bản đồ khu vực mô phỏng của Quận 1 thành phố Hồ Chí Minh

Hình 5-7: Sơ đồ trên SUMO của khu vực mô phỏng

Trong SUMO, việc định nghĩa các tuyến được thực hiện như sau:

Trong mô hình luồng, sáu luồng phương tiện di chuyển theo các hướng khác nhau trên bản đồ mô phỏng, giao tiếp với RSU tại ngã tư (Hình 5-8) Quá trình mô phỏng sử dụng giao thức định tuyến DSDV và MDRP (Moving Direction based Routing Protocol) Phương tiện gửi dữ liệu qua UDP với tốc độ 6, 12 và 24 Mbps, kích thước gói là 100 byte.

Quá trình mô phỏng hai trường hợp: Mô hình 1 (một nguồn dữ liệu), Mô hình 2 (ba nguồn dữ liệu) Khoảng thời gian quảng bá bản tin Hello thay đổi theo giá trị từ 1s đến 10s, tương ứng với từng khoảng thời gian sẽ thay đổi tốc độ di chuyển tối đa của phương tiện trong khoảng từ 5m/s đến 15m/s Các thông số đánh giá khả năng thi hành hệ thống bao gồm thông lượng, độ trễ và tỷ lệ mất gói.

Hình 5-8: Sơ đồ các luồng trên khu vực mô phỏng

Thiết bị RSU được khởi tạo bởi bộ mô phỏng OMNeT++ và tương tác với các phương tiện trong SUMO thông qua sự đồng bộ chuyển động của các nút trong OMNeT++

Flow 1 Flow 2 Flow 3 Flow 4 Flow 5 Flow 6

Period Numbers Period Numbers Period Numbers Period Numbers Period Numbers Period Numbers

Bảng 5-5: Thông số các luồng xe của mô hình 1

Bảng 5.5 liệt kê các thông số của các luồng xe trong mô phỏng theo tốc độ tối đa của chúng của trường hợp một nguồn phát dữ liệu Trong đó, “Period” là khoảng thời gian mà các xe được tạo ra trong một luồng xe khi bắt đầu mô phỏng, và thông số “Numbers” cho biết số lượng xe trong một luồng xe trong mỗi mô phỏng Tương tự, Bảng 5.6 liệt kê các thông số mô phỏng cho trường hợp có ba nguồn phát dữ liệu

Hình 5-9: Sơ đồ mô phỏng với một nguồn phát dữ liệu (Mô hình 1)

Flow 1 Flow 2 Flow 3 Flow 4 Flow 5 Flow 6

Period Numbers Period Numbers Period Numbers Period Numbers Period Numbers Period Numbers

Bảng 5-6: Thông số các luồng xe của mô hình 2.

Kết quả mô phỏng

Việc đánh giá cơ chế định tuyến được đề xuất MDRP được đánh giá thông qua mô phỏng và được so sánh với giao thức định tuyến DSDV ban đầu Các kết quả mô phỏng thu được như sau

5.4.1 Kết quả mô phỏng mô hình 1

Các Hình 5-11 đến 5-13 mô phỏng so sánh hiệu suất của giao thức DSDV và MDRP theo các thông số tỉ lệ mất gói, thông lượng và độ trễ Các trường hợp mô phỏng khác nhau theo khoảng thời gian quảng bá thông tin định kỳ 1 giây, 2 giây, 3 giây và 10 giây.

Hình 5-10: Sơ đồ các tuyến trên khu vực mô phỏng (Mô hình 2)

Các biểu đồ trong Hình 5-11 biểu diễn tỉ lệ mất gói giữa giao thức DSDV ban đầu và giao thức được đề xuất MDRP tương ứng với các vận tốc di chuyển tối đa của phương tiện Từ biểu đồ có thể thấy rõ rằng trong cả bốn trường hợp thời gian quảng bá thông tin cập nhập, ta đều thu được kết quả tỉ lệ mất gói giảm đáng kể khi áp dụng giao thức MDRP so với giao thức DSDV, với mức giảm trung bình là 14.38% đối với thời gian quảng bá thông tin định kỳ là 1s và 40.26% cho trường hợp 10s

Hình 5-11: Biểu đồ tỉ lệ mất gói trong mô hình một nguồn phát dữ liệu

Tương ứng với tỉ lệ mất gói trong Hình 5-11, Hình 5-12 cho thấy thông lượng mạng được cải thiện rõ rệt khi áp dụng giao thức MDRP so với giao thức DSDV ban đầu, với mức tăng trung bình là 18.3% đối với thời gian quảng bá thông tin định kỳ là 1s và 104.3% cho trường hợp 10s

Hình 5-12: Biểu đồ thông lượng trong mô hình một nguồn phát dữ liệu

Hình 5-13: Biểu đồ độ trễ trong mô hình một nguồn phát dữ liệu

Hình 5-13 là sự so sánh độ trễ trung bình khi áp dụng giao thức DSDV ban đầu và giao thức được đề xuất MDRP Vì mô hình được sử dụng là mô hình động dựa trên mô hình biến đổi thực tế của các phương tiện giao thông, nên kết quả mô phỏng thu được có một vài sự biến động đối với độ trễ Tuy nhiên, từ biểu đồ Hình 5-13 ta có thể thấy giao thức được đề xuất MDRP vẫn đảm bảo thời gian trễ tương đương với khi sử dụng giao thức DSDV ban đầu, trong khi cải thiện đáng kể tỉ lệ mất gói Điều này khá hữu dụng khi chúng ta đang đề cập đến việc áp dụng giao thức MDRP cho các dịch vụ truyền dữ liệu đa phương tiện đa phương tiện đòi hỏi độ tin cậy cao

5.4.2 Kết quả mô phỏng mô hình 2

Các Hình 5-14 đến 5-16 biểu diễn kết quả mô phỏng của hai giao thức DSDV và MDRP đối với tỉ lệ mất gói, thông lượng, và độ trễ trong mô hình chỉ có ba nguồn phát dữ liệu cho các trường hợp khoảng cách thời gian quảng bá thông tin định kỳ lần lượt là 1s, 2s, 3s, và 10s

Hình 5-14: Biểu đồ tỉ lệ mất gói trong mô hình ba nguồn phát dữ liệu

Tương tự với kết quả thu được trong mô hình chỉ có một nguồn phát dữ liệu, trong mô hình với ba nguồn dữ liệu ta cũng đạt được việc giảm tỉ lệ mất gói với mức giảm trung bình là 15.28% đối với thời gian quảng bá thông tin định kỳ là 1s và 27.2% cho trường hợp 10s Theo đó, thông lượng mạng tăng tương ứng, với mức tăng trung bình là 23% đối với thời gian quảng bá thông tin định kỳ là 1s và 107.5% cho trường hợp 10s

Bên cạnh đó, từ biểu đồ Hình 5-16, độ trễ trunh bình khi áp dụng giao thức MDRP vẫn đạt được kết quả tương đương với khi ta sử dụng giao thức DSDV ban đầu

Hình 5-15: Biểu đồ thông lượng trong mô hình ba nguồn phát dữ liệu

Hình 5-16: Biểu đồ độ trễ trong mô hình ba nguồn phát dữ liệu

5.2.3 Một số kết quả mô phỏng khác

Tiến hành tổng hợp kết quả mô phỏng đối với tỉ lệ mất gói và thông lượng cho từng giao thức định tuyến trong mô hình chỉ có một nguồn phát dữ liệu với tốc độ truyền là 12Mbps ta có được các kết quả như trong Hình 5-17

Hình 5-17: Biểu đồ tỉ lệ mất gói của giao thức DSDV và MDRP với các tốc độ di chuyển của phương tiện và các khoảng thời gian quảng bá khác nhau

Xem xét biểu đồ bên trái trong Hình 5-17, ta có thể thấy đối với giao thức DSDV, khi thực hiện việc tăng khoảng thời gian quảng bá thông tin định kỳ thì tỉ lệ mất gói cũng tăng lên một cách rõ rệt với các tốc độ di chuyển của các phương tiện Do đó, đối với giao thức DSDV để giảm tỉ lệ mất gói và tăng thông lượng mạng, ta phải giảm khoảng thời gian quảng bá thông tin định kỳ và theo đó làm tăng sự tràn ngập mạng với các bản tin điều khiển Điều này dẫn đến băng thông mạng bị chiếm dụng để truyền các thông tin điều khiển và làm cho giao thức hoạt động kém hiệu quả khi nhu cầu truyền dữ liệu trong mạng tăng lên

Xem xét giao thức định tuyến MDRP trong Hình 5-17, tỷ lệ mất gói và thông lượng đạt được ở các khoảng thời gian quảng bá định kỳ 1s, 2s và 3s không có chênh lệch đáng kể Do đó, thiết lập khoảng thời gian quảng bá 3s vẫn đảm bảo chất lượng mạng tương đương với khoảng thời gian 1s Điều này cho thấy giao thức MDRP hoạt động hiệu quả với khoảng thời gian 3s, giúp giảm tràn ngập mạng do các bản tin điều khiển.

Hình 5-18: Biểu đồ tỉ lệ mất gói của giao thức MDRP với các tốc độ truyền và thời gian quảng bá khác nhau nhau trong mô hình 1

Hình 5-18 và 5-19 so sánh sự thi hành của giao thức định tuyến MDRP tại các tốc độ truyền dữ liệu khác nhau, và với các khoảng cách thời gian quảng bá thông tin cập nhập và tốc độ di chuyển khác nhau của các phương tiện tương ứng trong mô hình có nguồn phát dữ liệu (Hình 5-18) và mô hình có ba nguồn phát dữ liệu (Hình 5-19) Từ các biểu đồ biểu diễn các kết quả mô phỏng, ta có thể thấy với tốc độ truyền càng cao thì giao thức định tuyến MDRP hoạt động càng hiệu quả Tuy nhiên, từ các biểu đồ ta cũng có thể thấy sự chênh lệch trong tỉ lệ mất gói giữa các tốc độ truyền là không quá lớn, điều này đảm bảo rằng với tốc độ truyền dữ liệu thấp thì giao thức MDRP vẫn có được một sự thi hành tốt

Hình 5-19: Biểu đồ tỉ lệ mất gói của giao thức MDRP với các tốc độ truyền và thời gian quảng bá khác nhau trong mô hình 2.

Kết luận

Bài báo đã đưa ra các mô hình di chuyển của các nút trong mạng VANET dựa trên sự nghiên cứu và đánh giá của nhiều tổ chức nghiên cứu trên thế giới Việc mô hình hóa chuyển động của các phương tiện đã đưa ra năm mô hình di động được sử dụng trong mô phỏng mạng VANET Mô hình luồng được sử dụng để lập các mô phỏng nhằm đánh giá hiệu quả của cơ chế định tuyến được đề xuất trong luận văn.

Các mô phỏng được thực hiện dựa trên sự kết hợp của hai công cụ mô phỏng đó là OMNeT++ cho mô phỏng mạng và SUMO cho mô phỏng giao thông đường bộ Điều này giúp ta thực hiện các mô phỏng mạng với sự di chuyển của các nút được ràng buộc trên các tuyến đường của một bản đồ thực cùng với các đặc tính như giới hạn tốc độ trên từng con đường

Sơ đồ mạng được sử dụng trong mô phỏng là sơ đồ giao thông của Quận 1 thành phố Hồ Chí Minh Quá trình mô phỏng khởi tạo các luồng xe với các tốc độ di chuyển khác nhau với một gia tốc và tốc độ tối đa được thiết lập và thây đổi ở mỗi lần thực hiện mô phỏng Các phương tiện đang di chuyển sẽ thực hiện thông tin liên lạc với các trạm phát sóng được bố trí tại các vị trí trên sơ đồ mạng Các xe di chuyển ngoài vùng phủ sóng của các trạm phát thực hiện kết nối thông qua các xe khác trên cùng tuyến Hoàn cảnh được đặt ra trong mô phỏng là các luồng xe di chuyển trên các tuyến đường với hướng di chuyển khác nhau tạo nên các liên kết không ổn định tại các giao lộ, dẫn đến khả năng gây ra gián đoạn liên kết

Các kết quả mô phỏng đã cho thấy khả năng vượt trội của giao thức định tuyến được đề xuất khi so sánh với giao thức định tuyến DSDV ban đầu trong việc làm giảm tỉ lệ mất gói và tăng thông lượng mạng Bên cạnh đó, các kết quả còn cho thấy giao thức định tuyến được đề xuất vẫn hoạt động hiệu quả khi tăng khoảng cách thời gian quảng bá thông tin cập nhập Điều này có ý nghĩa trong việc làm giảm sự tràn ngập mạng với các bản tin điều khiển, qua đó, tiết kiệm được băng thông quí giá của mạng vô tuyến.